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kinginsun

银虫 (初入文坛)

[交流] 【求助】如何比较一个分子失去质子容易,还是加上一个电子容易? 已有5人参与

对于一般的小分子,如果体系内没有大的共轭体系的话,它加上一个电子后,能量肯定会升高,比如甲醇;但是对于有共轭体系的小分子,就不一定了!

我的问题是,如何比较一个小分子加上电子容易,还是它失去一个质子容易呢?(以下只考虑气相条件下的情况)

比如下面的的小分子


它的两个分羟基都与旁边的C=O形成了分子内氢键,失去质子的话要克服分子内氢键的影响,肯定比没有分子内氢键的酚羟基难以失去质子,这里失去质子的过程应该有一个能垒,如果外界给予的能量不足以让它越过这个能垒,那么失去质子将不会发生。如何用Gaussian定量描述这种失去质子的这个过程呢?

同时呢,假如这个小分子还可以加上一个电子,加上电子的过程应该没有能垒,同时它加上电子以后,体系能量降低,在外界给予的能量较低的时候,推测这个小分子更容易发生没有能垒的加电子反应。同样,这个过程该如何用Gaussian描述呢?

谢谢各位量化高手帮忙。
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Jasminer

铁杆木虫 (著名写手)

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zhou2009(金币+2): 2010-12-03 14:01:26
heyo_123(金币+1):鼓励交流! 2010-12-03 19:25:45
简单考虑的话,优化计算一下始态终态的能量就好了。

如果按你说的要考虑能垒,就要做过渡态计算了,比较麻烦,更重要的是没有实验基础的计算的可信度……

况且这个气相失质子反应你肯定有能垒吗?会不会是一个单纯的能量升高过程?
2楼2010-12-03 11:47:15
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qzhaosdu

金虫 (著名写手)

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zhou2009(金币+2): 2010-12-03 14:02:27
zhou2009:编辑内容 2010-12-03 14:03
你这个分子失去一个质子还真不容易,O-H那个地方除非有电负性特别大的原子或集团有可能把H拉走(但是这个只是说说,具体要算才知道),芳环上C-H键的活化也肯定需要催化剂才能进行。
至于得到一个电子,应该比较容易,毕竟有O和芳环。

[ Last edited by zhou2009 on 2010-12-3 at 14:03 ]
Anewday,anewhour,anewminute,anewpeople.
3楼2010-12-03 12:50:33
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kinginsun

银虫 (初入文坛)

引用回帖:
Originally posted by Jasminer at 2010-12-03 11:47:15:
简单考虑的话,优化计算一下始态终态的能量就好了。

始态和终态的能量计算过,大致是这样:

分子加上一个电子后,能量降低

分子失去一个质子后,能量降的更低

如果不考虑能垒的话,那么失去一个质子更容易一些;而我们观察到的现象是,如果不破坏分子内氢键,加上电子的反应更容易。
引用回帖:
Originally posted by Jasminer at 2010-12-03 11:47:15:
如果按你说的要考虑能垒,就要做过渡态计算了,比较麻烦,更重要的是没有实验基础的计算的可信度……

况且这个气相失质子反应你肯定有能垒吗?会不会是一个单纯的能量升高过程?

我做个那个分子内氢键的旋转和键长增加的二维SCAN,如下图:


可见是有可能存在过渡态的,只是我是初学量化,不知道如何找到这个过渡态,一点经验也没有。
4楼2010-12-03 16:09:37
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kinginsun

银虫 (初入文坛)

引用回帖:
Originally posted by qzhaosdu at 2010-12-03 12:50:33:
你这个分子失去一个质子还真不容易,O-H那个地方除非有电负性特别大的原子或集团有可能把H拉走(但是这个只是说说,具体要算才知道),芳环上C-H键的活化也肯定需要催化剂才能进行。
至于得到一个电子,应该比较容易,毕竟有O和芳环。

我们是通过施加3KV的电场来使质子失去的,只考虑活泼的酚羟基;若是没有分子内氢键,这个酚羟基很容易失去。
5楼2010-12-03 16:11:26
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kinginsun

银虫 (初入文坛)

在提供一些数据,请大家帮忙分析。下图是旋转酚羟基360度,每步30度,能量变化图。纵坐标为SCF能量,单位为a.u.


上图,说明形成分子内氢键以后能量最低,酚羟基与苯环的二面角增加,体系的能量增加,只是不知道如果这个质子失去的话,是怎么一种路径?

如果质子先不旋转,从氢键那个位置直接失去的话,能量会很高;如果旋转到90度,这时候失去的,就不会有氢键的作用了。对于这种情况,如何找到过度态?
6楼2010-12-03 16:20:59
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Jasminer

铁杆木虫 (著名写手)

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heyo_123(金币+1):鼓励交流! 2010-12-03 19:25:20
“分子失去一个质子后,能量降的更低”?从直观上感觉不对啊……你加电场计算了?
二维scan图这样看也看不太清,变量也不知道你怎么定义的。如果scan做得好的话,过渡态的结构基本就和其中出现的鞍点或者峰对应结构类似了,再优化一下就好了。出现多个过渡态也很正常,因为起始态、反应途径等可能不止一个。
7楼2010-12-03 18:06:20
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kinginsun

银虫 (初入文坛)

加电子我是这么计算的:输入分子为优化的不带电的结构,然后将电荷设为-1,自旋多重度为2.

#p ub3lyp/6-31+g(d,p)
-1 2

================
二维Scan做的效果不好,步长设的比较大,SC1是O-H键与苯环的键角,从0到180,每步30度;SC1是O-H的键长,从1到2,每步0.2.
8楼2010-12-03 18:50:40
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levyleo

金虫 (小有名气)


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖交流
加上一个电子,过程释放的能量变化等于LUMO的值。

当然真空、绝热条件下,进行集合结构驰豫会发生电子能量与分子振动能量的交换,但还是算分子内部能量的转移。

如果打掉一个质子,精确的做法,是不改变几何结构,不做几何驰豫,原位计算该分子扔掉一个质子之后的能量。同上面的一样,真空、绝热条件下,会进行内部能量的转移。

但这样比较容易程度,已经足够了。

很显然,加上一个电子,是一个释放能量的过程,所以只要LUMO为负数,那就可以自发发生。而失去一个质子,就是一个吸收能量的过程,如果不给质子一个能量,它不会自发离开这个分子。所以前者显然应该“容易”。但这个时候什么叫“容易”似乎需要更清楚的定义

[ Last edited by levyleo on 2010-12-3 at 20:01 ]
我太渺小了。
9楼2010-12-03 19:58:48
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看是酸性强还是碱性强呀

10楼2010-12-03 20:07:57
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