两个典型SN2反应体系的电子定域函数拓扑特征研究

两个典型SN2反应体系的电子定域函数拓扑特征研究论文在B3LYP/6-31G*的计算水平上对两个典型的SN2反应体系Cl+CH₃Cl→ClCH₃+Cl和HO+CH₃Br→HOCH₃+Br反应中的各个驻点的构型进行了全优化,得到了各驻点的稳定几何结构,体系总能量和分子体系波函数;采用实验室自编的程序GTA对两个反应IRC过程中的各结构的电子密度拓扑性质和电子定域函数拓扑性质进行了计算;积分得到了各结构中各类电子定域函数拓扑分析得到的各Basin的电子数;对反应过程中电子密度拓扑指标和电子定域函数定义下的各Basin电子密度积分值的变化进行了讨论分析。揭示了两个典型SN2反应中化学键在生成和断裂的本质特征变化和定量化转化规律。在第一章中,主要是对SN2的反应类型做简单的介绍,对本论文研究使用到的电子密度拓扑分析基本概念和电子定域函数拓扑空间区域（Basin）分析做了简单的介绍。第二章主要是就该论文在研究过程中用到的理论化学知识和量子化学的计算方法做简单的描述。第三章中对Cl+CH₃Cl→ClCH₃+Cl的化学反应IRC过程和IRC过程中的各结构的电子密度拓扑性质和电子定域函数拓扑性质进行了计算,对得到的计算结果进行了分析和讨论。研究发现,对于SN2反应体系Cl+CH₃Cl→ClCH₃+Cl,C-Cl1键的断裂和C-Cl3键的形成是同时进行的;ELF拓扑分析得到的键域的特征分析能够给出反应过程中化学键变化的本质特征:C-Cl键鞍点电子密度变化和V（C-Cl）电子密度积分值变化分析显示,在过渡态形成之前,即将断裂的C-Cl键以共价键的形式存在,而逐步形成的C-Cl键以闭壳层相互作用的形式存在（不是典型的共价键）,在过渡态形成之后亦然;ELF拓扑分析得到的各类域中电子密度积分值的变化可以定量地给出化学键变化的过程特征:反应过程中电子定域函数拓扑分析给出的各Basin中的电子密度积分值变化的分析显示,内层电子基本不参与和影响化学反应过程中的化学键形成和断裂,C-H键较小程度地参与了化学反应过程中的化学键变化,共价键C-Cl的断裂和生成与Cl孤对电子相互转移存在定量的关系V（C-H4）、V（C-H5）、V（C-H6）的数值都是随着V（C-Cl1）值的减小增加,随着V（C-Cl3）值的增加而减小;C和H之间的相互作用随着C-Cl1间化学键的断裂而增强,随着C-Cl3间键的逐渐形成而减弱,且在过渡态时C和H之间的相互作用最强;L（Cl-1）的数值随着V（C-Cl1）的值的减小而增加,同时L（Cl-3）的值也是随着V（C-Cl3）的增加而减小。第四章对SN2体系HO+CH₃Br→HOCH₃+Br的化学反应的电子定域函数拓扑分析进行了计算和分析讨论。结果显示,C-Br键的断裂和O-C键的形成是同时进行的,但根据HO+CH₃Br→HOCH₃+BrIRC过程中C-Br键域V（C-Br）和C-O键域V（C-O）电子密度积分值变化分析,在过渡态形成之前,即将断裂的C-Br键以共价键的形式存在,而逐步形成的O-C键以闭壳层相互作用的形式存在（不是典型的共价键）;在过渡态形成之后,C-Br键以闭壳层相互作用的形式存在,而O-C键以共价键的形式存在;反应过程中电子定域函数拓扑分析给出的各类Basin中的电子密度积分值变化的分析显示:在HO+CH₃Br→HOCH₃+Br反应过程中,内层电子基本不参与和影响化学反应过程中的化