取代基对Se…N相互作用影响的理论研究开题报告

1. 研究目的与意义

目的：为了了解分子间弱相互作用的特点、机理和本质，为今后更加深入的科学研究作铺垫。

意义：分子间弱相互作用包括氢键、c-hπ、ππ堆积作用及卤键等,这些作用在化学、材料及生命科学等领域扮演了重要的角色。

其中卤键是由卤原子与电负性的原子或者基团之间形成的非共价相互作用。

2. 国内外研究现状分析

1992年，Politzer等人计算了含卤原子分子的表面静电势，发现卤原子 (不包括F)周围的表面静电势明显分为负值和正值两个区域，其中负值区域分布在卤素原子共价键的垂直方向上并且呈现环状，正值区域则集中分布于共价键轴的末端并呈现孔状。他们认为电子供体可以从σ孔区域接近卤原子而与其形成线性卤键。20世纪中后期，Davis, Andrews和Trindle首次使用红外技术和HF计算方法研究了NO2、NO与HF之间作用的研究。Zofia、Mielke等使用红外实验和从头算方法研究了HONO与NO体系的作用特性以及Ball等利用从头算方法G2研究了NO与H2O分子的作用。上述研究表明NO可与含有XH键(X＝N, O,卤素)的分子之间形成氢键，并且发现一氧化氮的N原子与XH键有更强的结合性。胞嘧啶分子中含有吡咯型氮和氨基型氮形成的NH键,可以与NO的孤对电子形成氢键。2007年苏州大学杨文博士等人利用量子化学和量子拓扑学的电子密度方法如CSD检索、AIM方法等对经典的共振氢键、非经典C-HO氢键、C-Hπ作用、ππ堆积这四种类型的弱相互作用进行详细的研究，得出以下结论：当阴离子体积较大时，由于有比较大的库仑力，有利于克服阳离子间的偶极相互作用，此时分子堆积为晶体时的空间群很大程度上取决于C-Hπ、ππ等弱相互作用的连接方式。当阴离子体积较小时，由于不能有效屏蔽阳离子的偶极效应极易以中心对称的空间群堆积，但是若能形成分子内强氢键则有望改观。2009年，成都理工大学马鹏博士等人用MP2方法，在6-31G(d,p)和6-311G(d,p)基组下对复合物呋喃- CHF3体系和呋喃-CClF3体系进行优化，研究了其分子间作用力的本质。得出以下结论：CXF3与呋喃分子之间的相互作用使C-X键长缩短，振动频率增大(蓝移)。而经过自然键轨道(NBO)分析表明：在MP2/6-31G**(6-311G**)水平上，由于键收缩效应处于优势地位导致C-X键形成蓝移。2015年，吉林大学周芳芳博士等人采用分子内原子理论(AIM)、对称性匹配微扰理论(SAPT)、自然键轨道理论（NBO）和电荷局域密度函数(ELF)等研究方法对不同取代基对SeN的弱相互作用进行研究，得出以下结论：复合物中SeN作用强度受取代基的影响显著,并且以CH3为首，依次递减。

3. 研究的基本内容与计划

本课题拟采用密度泛函DFT和MP2方法，采用不同尺寸基组，优化XHSe和NH3 (X: CH3, NH2, CF3, CN, OCH3, OH, NO2, Cl, F)形成的复合物的几何结构，分析其电子结构，讨论SeN间的非键相互作用的成键本质，并与氢键强度进行对比，并考察不同取代基对非键相互作用强度的影响规律。

4. 研究创新点

独立解决以下两个关键问题：1. 理论计算XHSe和NH3 (X: CH3, NH2, CF3, CN, OCH3, OH, NO2, Cl, F)形成的复合物的几何结构和电子结构。2. 分析SeN间的非键相互作用的成键本质，并与氢键强度进行对比，并考察不同取代基对非键相互作用强度的影响规律。