论文部分内容阅读
有机氟氢键在氢键的研究中一直具有举足轻重的地位,它在生物学、大气和晶体工程(特别是药物)等领域的研究中都扮演着非常重要的角色。许多的复合物都包含有机氟氢键,对于有机氟氢键研究中的许多有趣的问题,一直得到人们的广泛关注。关于有机氟氢键的研究,现在国际上有两个主要的研究热点话题。一个研究热点是关于晶体工程中有机氟氢键的理论及实验研究。另一个研究热点是一个基础性的问题,是关于有机氟是否能形成氢键问题的研究。众所周知,氟离子是一个好的氢键接受体,但是C-F是否能扮演一个好的氢键接受体呢?国际上很多著名的科学家对此问题都进行过研究并取得了一定的成绩。例如,Hagan,Howard和Taylor等。近几年,对于这个问题已经得到了充分的研究和解决。例如,在Anzahaee的研究小组发表的文章中,发现了水溶液中形成的C-F···H-C有机氟氢键,并且提供了实验上的数据支持。2012年,Rosenberg在理论上证明了氟代甲烷和水之间形成的有机氟氢键的存在。由此可以知道,有机氟能够形成氢键,这个问题已经得到了很好的解决。在本论文中,对于C-H···F-C有机氟氢键,我们使用高斯09程序对论文中的所有体系进行计算。使用密度泛函(DFT)中的B97D方法,此种方法多用于弱相互作用的研究。为了确保实验结果的准确性,我们用MP2方法对结果进行重复。对于包含色散力的复合物体系,最经常使用的计算方法是MP2方法。MP2的方法可以精确计算出体系中的相互作用能。下面展示本论文的主要工作和结论:本论文中所有研究的体系都是由Caminati和他的研究小组通过傅立叶转动光谱实验得到的。他们通过试验中得到的几何结构数据确定了体系中C–H···F–C有机氟氢键的存在。本文在B97D/6-311++G**和MP2/6-311++G**计算水平上对体系中的C-H···F-C有机氟氢键的C-H振动频率,原子在分子中的理论特征和成键特征进行理论研究。发现了三个方面的重要特征,首先C–H···F–C有机氟氢键中的C–H键表现出了蓝移的振动频率特征,这区别于常规氢键的红移特征。第二个方面是,通过自然键轨道(NBO)分析展示了氟原子上的σ和p类型的孤对电子轨道与σ*H–C反键轨道形成了二重氢键。有机氟氢键是由np→σ*和nσ→σ*两种离域相互作用共同作用的结果。这种二重氢键导致了质子受体的方向性较温和。第三个方面,通过研究发现键鞍点处电子密度的拉普拉斯值并不总是一个好的判断氢键形成的标准。对于C-H···F-C有机氟氢键,键鞍点处电子密度的拉普拉斯值不总是在Popelier提出的氢键标准内。所以,经过我们大量的理论研究得出结论,并不鼓励使用拉普拉斯量作为判断C-H···F-C有机氟氢键的好的标准。