质子供体取代基对苯甲酸-吡啶中O-H···N氢键强度的影响

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质子供体取代基对苯甲酸-吡啶中O-H···N 氢键强度的影响

作者：郑艳萍李红蕾周万里

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第11期

摘要：选取苯甲酸-吡啶二聚体为研究对象，讨论了不同的取代基取代供体分子氢原子对氢键二聚体中O-H···N氢键强度的影响。

关键词：氢键二聚体;氢键强度;自然键轨道（NBO）分析

1 引言

氢键在决定分子体系的结构和性质中起着至关重要的作用[1-2]。对氢键的本质和强度进行深入的研究具有重要的意义。Bernhardt等对苯甲酸-吡啶衍生物所形成的氢键复合超分子液晶体系氢键的强度进行了研究[3]。本文选择苯甲酸作为质子供体分子，吡啶作为质子受体分

子，讨论不同取代基取代供体分子氢原子对苯甲酸-吡啶中O-H···N氢键强度的影响。

2 计算方法

使用B3LYP/6-31+G（d，p）方法优化几何结构。在B3LYP/6-31+G（d，p）几何結构基础上，使用MP2/6-311++G（d，p）、MP2/6-311++G（3df，2p）方法计算了单点能并进行了基组重叠误差（BSSE）校正，全部计算采用Gaussian 03程序包完成。

3 结果与讨论

3.1 质子供体分子中取代基对氢键强度的影响

苯甲酸-吡啶二聚体（R=-H）和取代基取代质子供体分子中氢原子的氢键二聚体的结构及相关几何参数。与苯甲酸-吡啶二聚体（R=-H）相比，取代基为供电子基团使氢键键长r （H···N）伸长，O-H键长r（O-H）缩短。图1中还给出了MP2方法下分别使用不同基组计算得到的体系氢键能量，供电子基团取代质子供体分子中的氢原子使氢键作用减弱。

3.2 自然键轨道（NBO）分析

给出苯甲酸-吡啶二聚体和取代基取代质子供体分子中氢原子的氢键二聚体体系的自然键轨道（NBO）分析的计算结果。数据表明，氢键O-H···N中氧原子电荷qO、氢原子电荷qH、氮原子的电荷qN、单体分子间电荷转移qD和qA等的变化与氢键相互作用能的变化规律一致。