新型非共价相互作用银键的理论研究

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随着实验技术和理论计算软件水平的提高,人们在对很多经典非共价相互作用进行深入研究的同时,许多新型的非共价相互作用也相继被发现,例如,CH3与HX(X=F,Cl,Br)、H2O、CH4、HCN及HCN之间的单电子氢键相互作用;HCCH…AuX (X = OH, F, Cl, Br, CH3,CCH, CN和NC)这种π型Au键的非共价相互作用;M(CO)5YH3金属配位作用等等。这些新型非共价相互作用的发现,不但极大地丰富和发展了分子间非共价相互作用理论,还对于人们进一步认识非共价相互作用的特征及本质方面有不可低估的作用。因此,对于新型非共价相互作用的特征和本质研究是十分有意义和有价值的。最近,Legon等通过对H2O…AgCl和H2S…AgCl转动光谱的实验研究,确定了它们的几何结构。他们发现二者的几何结构与H2O/H2S…HCl和H2O/H2S…ClF的几何结构相似,显示出类似于氢键、卤键的方向性。基于氢键、卤键的概念,他们提出H2O/H2S与AgCl间存在一种新型的非共价相互作用—银键。对于银键是否真的存在,若存在则该银键的成键特征和成键机制是什么样的,这些都是本论文所要研究的内容。本文主要从理论上研究金属含Ag原子的双分子复合物间是否存在银键这种非共价相互作用。本文第三章,我们对于H2O…AgCl和H2S…AgCl复合物进行了理论研究,并且同时对其相应的氢键H2O/H2S…HCl和卤键H2O/H2S…ClF进行了同样的理论计算。H2O…AgCl和H2S…AgCl复合物理论研究的结果表明:H2O…AgCl和H2S…AgCl复合物确实存在非共价相互作用—银键,在红外光谱上H2O…AgCl和H2S…AgCl复合物形成的银键表现出蓝移性质,通过拓扑分析这种银键性质是偏离子性的,是一种静电作用;这种银键的相互作用能高于其对应的氢键和卤键,拓扑性质分析的电子密度和拉普拉斯量的值也不在氢键和卤键的范围之内。为了进一步扩展银键的类型,本文第四章,我们又采用同样的理论计算方法研究了AgX与HC≡CH间非共价相互作用,它们形成了π键型的银键,其优化后的复合物几何构型为T型,这种π键型的银键在红外光谱上同样表现出蓝移。本文第五章研究了AgX和环氧乙烷分子间的非共价相互作用,及其形成机制。AgX和环氧乙烷分子间同样存在银键,其在红外光谱上表现出蓝移,拓扑分析中银键也是偏离子性。自然键轨道的分析得出银键的形成机制是原子的轨道重新杂化和电子密度重新分布的超共轭作用共同影响的,银键的形成符合Bent’s规则。银键产生蓝移现象的原因是原子轨道的重新杂化作用大于超共轭作用,使得卤化银分子的键长缩短。
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