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分子间相互作用的研究对于阐明生物反应的机理,揭示生命现象的本质具有重要意义。同时,又因为在化学、物理、生物方面的重要作用,分子间相互作用已成为很活跃的研究项目。分子之间可以产生各种各样的非共价键相互作用,最普遍的作用方式是电子密度从浓集区到发散区的供给。近年来,OCS、CO2、N2O等小分子与系列烯、炔烃形成的复合物的相关研究受到广泛的关注。烯、炔烃的π键因其富电子性而容易作为电子给体,与多种小分子发生作用。本论文采用量子化学方法和电子密度拓扑分析方法对OCS、CO2、N2O与系列碳氢化合物(C2H4、C2H2、C4H6、C6H6)之间的S…π和π…π作用进行了理论研究。开展相关的理论研究不仅可以更好的解释和指导实验,而且对于环境科学,天文学和基础科学都有重要的理论指导意义。论文采用量子化学微扰理论和电子密度拓扑分析理论方法,探讨研究OCS、CO2、N2O与系列碳氢化合物(C2H4、C2H2、C4H6、C6H6)之间的S…π和π…π作用。通过在不同方法水平上得到的相关参数值与实验值的比较,选择了结果与实验值最接近的MP2/aug-cc-pVDZ方法,对所有的单体和复合物的几何构型进行优化,然后用同样的计算水平计算频率,确定得到的所有构型是稳定的构型。所有的计算采用Gaussian03程序包完成。根据Bader等人提出的“分子中的原子”量子理论(QTAIM),使用AIM2000和AIMALL程序,对所研究体系进行电子密度拓扑分析。并且,本课题组自行编写的GTA-2010程序与AIM2000程序和TopMod程序接轨,得到了π电子密度Laplacian量等值线图,π电子密度ELF等值线图。同时,分子的静电势分析和NBO分析方法也用于讨论了复合物中的成键和电子转移情况。论文的主要内容分为以下三部分:1.采用B3LYP/6-311++G(d,p)、B3LYP/aug-cc-pVDZ、MP2/6-311++G(d,p)、MP2/aug-cc-pVDZ、MP2/aug-cc-pVTZ五种方法,对氧硫化碳(OCS)分子中的硫原子与系列烯、炔烃之间形成的T型复合物进行了理论研究。侧重从电子密度拓扑分析的角度,对OCS与系列烯、炔烃之间形成S…π作用进行研究。通过σ-π分离,首次获得烯、炔烃的π电子密度分布函数,从而能够直观地、定量地讨论这类π型作用的成键特性。研究结果表明:随着电子给体中碳原子数的增多,复合物相互作用能逐渐增大,复合物中S-C键、C-O键红移越多。OCS与烯、炔烃之间的S…π相互作用,属于闭壳层相互作用,以静电作用为主,且随着电子给体中碳原子数的增加,静电作用增强。S…π键键鞍点的电子密度拓扑参数(ρb、2ρb、Gb、Vb)与复合物相互作用能有很好的线性关系。2.采用MP2方法和“分子中的原子”量子理论(QTAIM)对OCS…C6H6,C6H6…Rg和OCS…C6H6…Rg(Rg=He,Ne,Ar,andKr)复合物进行了理论研究。优化得到的OCS…C6H6,C6H6…Rg和OCS…C6H6…Rg(Rg=He,Ne,Ar,andKr)复合物具有C6v对称性。OCS…C6H6…Rg复合物的相互作用能大于OCS…C6H6的相互作用能,说明He,Ne,Ar和Kr原子有能力与苯分子形成弱键。在QTAIM研究中,成功地从苯分子的全电子密度中分离得到π电子密度。OCS…C6H6,C6H6…Rg和OCS…C6H6…Rg(Rg=He,Ne,Ar,andKr)复合物的分子图和拓扑参数表明复合物的相互作用主要是苯分子的π电子与S原子顶部和Rg原子的相互作用。OCS…C6H6,C6H6…Rg和OCS…C6H6…Rg(Rg=He,Ne,Ar,andKr)复合物中电荷迁移从苯分子到SCO/Rg。分子静电势(MEP)分析表明静电势能在本文的分子间相互作用中起着关键作用。3.采用MP2/aug-cc-pVDZ方法对氧硫化碳(OCS)、二氧化碳(CO2)、一氧化二氮(N2O)与乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、2-丁炔(C4H6)之间形成的平行构型复合物间的分子间相互作用进行了理论研究。复合物的相互作用能按照B…C2H4<B…C2H2<B…C4H6(B=OCS、CO2、N2O)的顺序依次增大,相互作用距离按照B…C2H4>B…C2H2>B…C4H6(B=OCS、CO2、N2O)的顺序依次减小。采用电子密度拓扑分析理论方法,讨论了复合物中π…π作用的成键特性。电子密度拓扑分析表明复合物中形成了弱的分子间相互作用,且以静电作用为主;π电子密度分子图与全电子密度分子图中键径方向是一致的,说明π…π作用在所讨论的体系中起着很重要的作用。NBO分析表明净电荷迁移从电子给体C2H4、C2H2、C4H6到电子受体OCS、CO2、N2O,迁移数按照B…C2H4<B…C2H2<B…C4H6(B=OCS、CO2、N2O)的顺序依次增大,与相互作用能的顺序一致。本论文的创新点:1.在本文的工作中,建立了σ-π电子分离的模型,并实现了程序化,加入到本课题组自行编写并被美国QCPE收录的电子密度拓扑程序GTA-2010中。利用新程序,可获得σ和π电子分离的电子密度分布函数,讨论π电子的拓扑特性,能够绘出π电子密度Laplacian量等值线图。与AIM2000程序接轨,能够得到π电子密度分布的分子图。从而直观形象地描述分子间复合物生成过程中的电子密度变化情况。2.电子定域函数(ELF)理论可以清晰和定量化描述理论化学研究的基本对象——化学键,已在原子、分子及固体体系中得到广泛应用。本论文用本课题组自行编写的GTA-2010与TopMod程序接轨,得到π电子密度ELF等值线图,从而可以直接确定复合物中电子浓集点、电子发散点的方向和位置。3.首次对以苯分子为电子给体,氧硫化碳(OCS)、稀有气体原子(Rg=He,Ne,Ar,Kr)为电子受体的van der Waals复合物进行了理论研究,发现OCS…C6H6…Ar、OCS…C6H6…Kr的稳定构型,证实了He,Ne,Ar,Kr原子有能力与苯分子形成弱键。4.采用电子密度拓扑分析理论方法,讨论了OCS、CO2、N2O与乙烯、乙炔、2-丁炔之间形成的平行构型复合物间中π…π作用的成键特性。π电子密度分子图与全电子密度分子图中键径方向是一致的,说明π…π作用在所讨论的体系中起着很重要的作用。