一氧化氮二聚体弱相互作用的量子化学方法研究

论文摘要

分子间弱相互作用(又称非键相互作用)广泛存在于自然界,特别是在生命体中,弱相互作用更是起到关键的作用。一氧化氮分子是自由基,实验发现,一氧化氮分子可以通过分子间相互作用形成二聚体。对一氧化氮二聚体分子间弱相互作用的研究可以加深我们对分子间弱相互作用机制的理解,从而进一步掌握非氢键类型弱相互作用的规律。本文通过量子化学计算(Gaussian03),对一氧化氮分子及其二聚体进行构型优化,并通过能量比较确定出二聚体的稳定状态为非环顺式单态。在考虑基组重叠误差情况下,计算出两分子间相互作用能约为31.121926558586 KJ/mol。利用布居分析绘制出前线轨道,表明二聚体轨道由单体轨道相互作用形成,进一步分析得出自由基单电子占据的单体前线轨道通过共价方式形成二聚体成键轨道是产生分子间弱相互作用的主要原因。自然键轨道分析表明,单体间相互作用主要发生在一方的N的孤电子与另一方N—O反键轨道之间。说明自由基单电子在一氧化氮二聚体体系内的弱相互作用中起了关键作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第二章 理论基础和计算方法
• 2.1 分子轨道理论近似
• 2.2 Hartree-Fock （HF）理论
• 2.2.1 闭壳层分子的 HFR 方程
• 2.2.2 开壳层分子的 HFR 方程
• 2. 3 电子相关问题
• 2.3.1 物理图象
• 2.3.2 电子相关能
• 2.3.3 组态相互作用理论
• 2.3.4 微扰理论方法
• 2.3.5 MΦller-Plesset微扰法（MP）
• 2.3.6 耦合簇理论
• 2.4 密度泛函理论
• 2.4.1 Thomas-Fermi 模型
• 2.4.2 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.4.3 Kohn-Sham 方程
• 2.4.4 交换相关能泛函
• 2.5 基函数的选择
• 2.5.1 类氢离子波函数
• 2.5.2 Slater 函数
• 2.5.3 Gauss 函数
• 2.6 一些半经验计算方法
• 2.6.1 CNDO，全略微分重叠
• 2.6.2 NDDO，忽略双原子微分重叠法
• 2.6.3 INDO，间略微分重叠
• 2.7 基组重叠误差（BSSE）
• 2.8 前线轨道理论
• 2.8.1 前线轨道理论
• 2.8.2 前线轨道的相互作用
• 2.9 自然键轨道理论
• 2.9.1 单电子密度算符和单电子密度矩阵 D
• 2.9.2 自然原子轨道
• 2.9.3 自然杂化轨道（Natural hybrid orbital （NHO））和自然键轨道（Natural bond orbital （NBO））
• 第三章 一氧化氮二聚体分子间的弱相互作用
• 3.1 计算方法
• 3.2 计算结果与讨论
• 3.2.1 NO 二聚体稳定构象计算
• 3.2.2 NO 二聚体分子间相互作用能
• 3.2.3 轨道相互作用及自然键轨道分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的工作