取代1-氯蒽醌中分子内卤键的电子密度拓扑分析.PDFVIP

中国科学: 化学 2012 年 第42 卷 第6 期: 799 ~ 805 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 论 文 取代1-氯蒽醌中分子内卤键的电子密度拓扑分析 王莹, 孟令鹏, 郑世钧, 孙政, 李晓艳* 河北师范大学化学与材料科学学院, 石家庄 050016 *通讯作者, E-mail: lixiaoyan326@163.com 收稿日期: 2011-04-18; 接受日期: 2011-06-22; 网络版发表日期: 2012-05-29 doi: 10.1360/032011-257 摘要 运用量子化学密度泛函B3LYP 方法, 在6-311++G(d, p) 基组水平上对邻位和间 关键词 位取代 1-氯蒽醌的分子内卤键进行了研究. 用电子定域函数和“分子中的原子”理论对分 取代1-氯蒽醌 分子内卤键 子内卤键的性质进行了电子密度拓扑分析. 通过对计算得到的密度矩阵进行 σ-分离, 得 电子密度拓扑分析 到了-键的键径和分子图,并讨论了 σ 电荷密度和电荷密度对卤键的影响. 结果表明, 键 分子中的原子理论 鞍点和环鞍点处的电子密度拓扑性质均可作为衡量分子内卤键强度的量度. 键鞍点和环 电子定域函数 鞍点处的电荷密度ρ越大, 键鞍点与环鞍点的距离越大, 卤键强度越大. 除σ 电荷密度外, π 电荷密度对分子内卤键的性质也有明显影响. 1 引言 分子内卤键的本质, 探索了取代基的引入对分子内 卤键的影响. 计算结果将有助于更好的了解分子结 卤键在结晶工程、分子识别和组装、生命科学、 构与性质之间的关系, 为此类化合物的设计及利用 超分子化学、药物设计等领域发挥着非常重要的作 提供理论依据. 用[1~3]. 尤其是在生命科学和有机合成领域, 分子内 卤键的研究可以为基于结构的药物、有机分子的设计 与合成提供理论依据和新的思路[4]. 分子内卤键与分 2 计算方法 子内氢键的相互作用类似, 其表达式为 C–X···Y, 其 采用了量子化学密度泛函理论中的 B3LYP 方法 中 Y 是路易斯碱, 通常为 O 、N 、S 及卤族元素等; X 通常为 Cl 、Br 、I[5]. 分子内卤键 C–X···Y 的形成是由 及6-311++G(d, p)基组, d 轨道采用6d 形式, 对邻位和 于卤原子 X 电荷分布的各向异性造成的[6]. 间位取代的 1-氯蒽醌衍生物进行了全参数构型优化, 1-氯蒽醌是重要的蒽醌系染料, 在印染、医药、双 对得到的稳定构型进行频率分析, 结果表明得到的 氧水生产、造纸等领域均得到广泛的应用[7, 8]. 1-氯蒽 各个分子均为稳定构型(无虚频). 用“ 分子中的原 醌分子中所有的原子都在同一个平面内, 存在着离 子”(AIM)理论和电子定域函数(ELF)对分子内卤键体 域共轭键. 实验表明, 1-氯蒽醌分子环的不同位置 系进行电子密度拓扑分析. 所有的几何构型优化、频 被其他取代基取代后, 表现出不同的性质, 得到的衍 率计算都采用 Gaussian03 量子化学软件包完成[11]