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直接键连原子间核自旋偶合常数的理论研究

作　者: 王莹
导　师: 廖显威
学　校: 四川师范大学
专　业: 材料科学
关键词: 偶合常数核磁共振:量子化学从头算:聚芳醚酮
分类号: O641
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 62次
引　用: 2次
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内容摘要

核磁共振(NMR)谱的研究可以获得分子几何结构，分子中原子的成键情况以及相互作用等重要结构信息。因此，它被广泛应用在物理、化学以及生命科学的研究领域中。过去的几十年，核磁共振谱(NMR)已经在化学、生物和医药领域成为一种十分有用的工具。但是，NMR远远没有得到充分的应用。随着量子化学的发展，它的简单性使物理学家和化学家通过研究核来研究物质世界变成一种迫切要求。核磁屏蔽常数(化学位移)以及核自旋偶合常数是完全解析核磁共振谱时所需要的两个重要参数。目前，化学位移与核自旋偶合常数的实验测量值已经非常精确，量子化学从头算方法也有了较大的进展。因此，偶合常数的计算成了近几十年来量子化学家关心的问题。为了定量地预测实验的偶合常数，通常需要用非常大的基组和考虑电子相关效应的高级别从头算方法进行计算，而且这样大的基组和高级别算法仍旧得不到较好的结果，且无法用于大分子的计算。因此，发展准确可靠的半经验方法仍然是人们感兴趣的方向。本文根据相关文献提出的数学表达式，对直接键连原子间偶合常数进行理论研究。本文研究了C-F、C-P(Ⅲ)、C-P(Ⅴ)、C-H原子间的核磁共振偶合常数，得到四个偶合常数的半经验公式。然后代入实际分子的s轨道百分成分、原子净电荷进行检验，结果与实验值较好地符合。证明此种方法确实可以进行对分子偶合常数的实验值进行理论预测或检验。单独对C一F键原子间的偶合常数进行研究，将40个含有C一F键的化合物分成10个、20个、30个、40个四组，分别得到它们偶合常数的表达式，然后用实际分子进行检验，结果证明用于拟合半经验公式的化合物的分子数对于公式的准确性并无太大影响。又对40种化合物分别利用量子化学从头算HF/ST于3G、B3LYP/6一31r两种方法进行拟合，得到的拟合公式对于实际分子偶合常数的计算结果相差不多，说明量子化学计算水平对于结果的准确性同样没有太大影响。最后研究了高分子材料聚芳醚酮单体分子的性质，对分子的几何构型、红外光谱进行了量子化学研究。并用本文计算得到的C一F键原子间偶合常数的半经验计算公式对这几种单体分子进行了偶合常数的理论计算，结果与其实验值符合得较好，因此可以推测这种方法可用于已知分子偶合常数的检验和对于大分子偶合常数的预测，尤其是运用于近年来研究较多的生物大分子。

全文目录

第一章 NMR理论及计算方法概述  9-21
  1.1 核磁共振谱两个重要参数概述  9-12
    1.1.1 化学位移概述  10-11
    1.1.2 核自旋偶合常数概述  11-12
  1.2 自旋-自旋偶合理论  12-17
  1.3 偶合常数的应用  17-21
第二章直接键连原子间核自旋偶合常数的理论研究  21-37
  2.1 C-F键偶合常数的理论研究  21-25
    2.1.1 J_(CF)的拟合公式  21-23
    2.1.2 化合物2.1-1、2.1-2、2.1-3、2.1-4的偶合常数的计算  23-24
    2.1.3 结论  24-25
  2.2 C-P(Ⅲ)键核自旋耦合常数的理论研究  25-28
    2.2.1 J_(CP)的拟合公式  25-27
    2.2.2 化合物2.2-1、2.2-2、2.2-3的偶合常数的计算  27-28
    2.2.3 结论  28
  2.3 C-P(Ⅴ)键核自旋偶合常数的理论研究  28-31
    2.3.1 J_(CP)的拟合公式  28-30
    2.3.2 化合物2.3-1、2.3-2、2.3-3的偶合常数的计算  30-31
    2.3.3 结论  31
  2.4 C-H键核自旋偶合常数的理论研究  31-34
    2.4.1 J_(CH)的拟合公式  31-33
    2.4.2 化合物2.4-1、2.4-2、2.4-3的偶合常数的计算  33-34
    2.4.3 结论  34
  2.5 本章小结  34-37
第三章 C-F键偶合常数结果的讨论  37-52
  3.1 较低水平计算方法下不同分子数对偶合常数拟合公式的影响  37-43
    3.1.1 J_(CF)的拟合公式  37-41
    3.1.2 化合物3.1-1、3.1-2、3.1-3、3.1-4的偶合常数的计算  41-43
    3.1.3 结论  43
  3.2 较高水平下不同计算方法对偶合常数拟合公式的影响  43-50
    3.2.1 化合物J-1、J-2、J-3、J-4的偶合常数的计算  49-50
    3.2.2 结论  50
  3.3 本章小结  50-52
第四章聚芳醚酮单体分子偶合常数的理论研究  52-59
  4.1 聚芳醚酮单体分子的结构  52-55
  4.2 振动分析  55
  4.3 偶合常数的计算  55-56
  4.4 结论  56-59

直接键连原子间核自旋偶合常数的理论研究

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