氢键对酸碱电离常数影响的理论研究

论文摘要

众所周知,氢键在化学、生物等广泛的领域内起着非常重要的作用。氢键不仅能影响到分子和生物大分子中的结构和稳定性,同时它也能影响到许多化学、物理和生物过程。将氢键理论运用到酸碱标度的研究作为一个崭新的课题近年来已经引起广泛的关注。对有机物的pKa理论研究是对实验测试方法的补充,更能从微观角度揭示电离的现象和本质。因此,这是一个有趣而且很有指导意义的课题,人们期盼着能从理论上对有机物的pKa进行研究,以求弥补实验的缺陷。 在本论文中我们首先研究了氢键络合物体系,运用高水平从头计算方法详细研究了半胱氨酸一甲酰胺体系。我们主要在各物种的平衡构型基础上,分析其最优化几何参数和相互作用能,同时进行了频率分析和振动模式的指认。接下来,我们采用不同方法（主要是B3LYP、MP2和HF方法）结合极化连续模型（PCM）对不同官能团有机物在非极性溶剂（二甲亚砜）中的pKa值进行理论计算,探讨何种方法更适合于pKa的理论研究。在最后一章中当溶剂由非极性到极性（水）时,我们将以氢键为基础形成的簇-连续理论运用到有机物pKa的计算中,同时探讨了形成簇时溶剂分子的最佳数目和位置。 本论文研究了氢键络合物半胱氨酸-甲酰胺体系的构型、频率、光谱;而后对有机物酸碱标度pKa的理论研究方法进行验证,得到HF方法更适合。在极性溶剂水中形成簇分子时溶剂分子的数目和位置能对有机物pKa也产生相当大的影响。 我们对有机物酸碱标度研究的理论方法和模型的讨论,它能对将来的试验以及进一步的理论研究具有一定意义。

论文目录

• 第一章 序言
• 1 量子化学的发展简介
• 2 本文的主要工作
• 第二章 氢键与酸碱理论
• 1 氢键的本质和类型
• 1.1 氢键的本质
• 1.2 氢键的类型:分子间与分子内氢键
• 1.3 氢键的形成条件及特点
• 1.3.1 氢键的形成条件
• 1.3.2 氢键的特点-方向性和饱和性
• 1.4 氢键对物质性质的影响
• 1.4.1 对熔沸点的影响
• 1.4.2 对溶解性的影响
• 1.4.3 对酸性的影响
• 1.4.4 对分子结构的影响
• 2 酸碱理论
• 2.1 酸碱的概念
• 2.2 酸碱强度及在溶液中的影响因素
• 第三章 理论计算方法、模型简介
• 1 ab initio算法
• 2 MΦ11er Plesset（MP）方法
• 3 密度泛函理论（DFT）方法
• 4 选择从头算基函数的规则
• 5 选择 Gaussian98程序的内存基组及含义
• 6 选择 Gaussian98程序的理论模型
• 第四章 红外光谱
• 1 双原子分子的振动频率-谐振子模型
• 2 多原子分子的简正振动
• 2.1 简正振动的定义
• 2.2 简正振动的类型
• 2.3 简正振动特征性
• 3 红外光谱
• 3.1 红外吸收光谱
• 3.2 特征吸收谱带
• -1)'>3.3 特征频率区(4000-1300 cm^-1)
• -1)'>3.4 指纹区(1300-400 cm^-1)
• 3.5 与氢形成的单键的吸收频率
• 第五章 半胱氨酸和甲酰胺1:1氢键络合物的理论研究
• 1 引言
• 2 计算方法
• 3 结果和讨论
• 3.1 半胱氨酸和甲酰胺单体的构型
• 3.2 半胱氨酸-甲酰胺络合物的几何构型和反应能
• 3.3 红外光谱
• 4 结论
• 第六章 有机酸在二甲亚砜溶液中电离的理论研究
• 1 引言
• 2 pKa值的计算
• 3 计算方法
• 4 结果和讨论
• 5 结论
• 第七章 簇连续模型对小分子酸在水溶液中电离的理论研究
• 1 引言
• 2 pKa值的计算
• 3 计算方法
• 4 结果和讨论
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文
• 已经发表的论文
• 已经发出论文
• 致谢