铍键与小分子体系中非键相互作用协同性的理论研究开题报告

1. 研究目的与意义

目的：揭示分子间弱相互作用的本质和协同性的规律。

意义：分子间弱相互作用在生物工程、晶体工程、材料科学、超分子自组装及分子识别等众多领域起到非常重要的作用，并成为人们研究的热点问题。两种或多种弱相互作用往往同时存在于同一体系并相互影响,共同决定了复合物体系的结构和功能,因而研究各种弱相互作用间的相互影响,即协同性,对于理解复杂分子体系的结构和功能且有重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

1、铍键与分子间弱相互作用协同性的理论研究

臧雪君通过对π-π堆积作用、ch/π作用、孤对电子-π作用和离子-π作用这些常见的分子间弱相互作用的研究，模拟在简单的小分子体系中，研究铍键与存在这些分子间弱相互作用的小分子体系之间的协同性。对比研究发现，吡啶与beh₂、bef₂之间形成了比较强的铍键，前者比后者作用强。最重要的结论是，除了铍键与li -π是反协同的作用之外，其他三种类型的相互作用显然都被加强，属于正协同性。由于ch/π作用本身较弱，故表现出的协同性相对较弱。通过aim和电荷转移两种方法的分析，都可以表明，铍键可以增强π-π、ch/π和lp-π作用，减弱cation-π作用。铍键与分子间作用的协同性不可忽略，体现了它的重要性。协同能给出了很好的结果，同时与平衡几何结构、aim分析和电荷转移的计算结果相一致。

在研究铍键与大体系氢键协同性的时候，设计了一系列分子逐渐扩大的体系，使得铍键与氢键存在同一由大分子构成的体系中。当氢键与铍键共存于由大分子构成的体系中时，可以从中得出一些规律：（1）在这样的大体系中，不利于形成氢键或者铍键，即这样的氢键或者铍键表现的强度不大，相比较而言比较弱。（2）当他们共存于同一体系时，能量值明显趋于负值，表明这样的结构还是有利于形成的，且从氢化铍到氢氧化铍，协同能由正值一直趋近于负值，都表明越来越容易存在。（3）当扩大分子的长度，铍键和氢键能都有所增大，但更有利于氢键，虽然一些分析手段不支持这样的结论，但是随着环的增大，色散能增大，协同能也同时有一定增大，有利于体系的存在。然而，随着持续扩大，到一定范围的时候，变化几乎为零。（4）虽然开始的时候环的扩展影响氢键较多，但之后，受影响明显的却是铍键。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：本课题将采用量子化学中的微扰理论和密度泛函方法，选取不同尺寸的基组，对be与一些小分子形成的含有非键相互作用的复合物作为研究体系，理论研究其几何结构，电子结构，分别计算铍键及其他弱相互作用的能量，重点分析铍键与非键相互作用的协同性，及其对复合物稳定性的影响。

计划：采用高精度量子化学计算手段,揭示分子间弱相互作用的本质和协同性的规律。

4. 研究创新点

a. 理论计算含铍键小分子beh₂与吡啶，吡啶-甲烷，吡啶-苯组成的复合物的几何结构和电子结构。

b. 分析铍键与非键相互作用的协同作用。