2-取代苯并唑系化合物分子內質子轉移的理論研究.pdf

1、質子轉移廣泛存在于化學反應及生物體中，是化學反應中最基本最簡單的反應之一，許多生命活動乃至生物的進化與質子轉移有很大的關系。因此對質子轉移的研究尤為重要。本論文中，通過量化計算，對一系列2-取代苯并唑系化合物的基態(tài)和激發(fā)態(tài)分子內質子轉移進行了研究。主要研究結果如下:
　　1、在B3LYP/6-31G(d，p)水平上研究了2-(2-巰苯基)苯并噁唑五種異構體(E1、E2、E3、E4和K)在氣態(tài)中的穩(wěn)定性及其在基態(tài)下的質子轉移，同時結

2、合極化連續(xù)介質模型(PCM)研究了水、二甲亞砜、乙腈、乙醇、苯胺和環(huán)己烷等對2-(2-巰苯基)苯并噁唑溶劑化作用的影響。結果表明，硫醇式異構體E1為2-(2-巰苯基)苯并噁唑的優(yōu)勢構型;在E1向K（硫酮式異構體）轉變過程中，存在一個較小的能壘;在溶液中，隨著溶劑極性的增強，異構體E1與K之間的反應平衡向K方向移動，在非極性溶劑環(huán)己烷中，E1為優(yōu)勢構型，而在強極性水溶液中，K為優(yōu)勢構型。
　　2、在B3LYP/6-31G(d，p)和

3、TD B3LYP/6-31++G(d，p)//CIS/6-31G(d，p)水平上，研究了2-(3-巰基-2-吡啶基)苯并咪唑在氣相和七種溶劑（環(huán)己烷、苯、三氯甲烷、乙醇、乙腈、二甲亞砜和水）中基態(tài)和激發(fā)態(tài)的分子內質子轉移過程。在基態(tài)勢能面的研究中發(fā)現(xiàn)，該化合物存在分子內雙質子轉移，其中分步的雙質子轉移在動力學上具有優(yōu)勢。同時對激發(fā)態(tài)質子轉移勢能面及激發(fā)態(tài)轉移過程中的光物理現(xiàn)象進行了研究，結果表明該化合物存在快速的無能壘的激發(fā)態(tài)分子內質子

4、轉移，隨著溶劑極性的增強，可以降低基態(tài)時過渡態(tài)的能壘，改變硫醇式與硫酮式互變異構體的比例，從而靈敏的控制熒光的強度。
　　3、分別使用B3LYP/6-31G(d，p)方法和 TDB3LYP/6-31++G(d，p)//CIS/6-31G(d，p)方法從理論上研究了取代基的電子效應對2-(2-巰苯基)苯并噁唑及其衍生物分子內質子轉移的影響。研究表明，在基態(tài)時，硫醇式異構體為優(yōu)勢構象。供電子取代基使基態(tài)分子內質子轉移（烯醇式→酮式）的

5、能壘升高，而吸電子取代基則可以降低能壘，有利于基態(tài)分子內質子的轉移和硫酮式異構體的穩(wěn)定存在。在激發(fā)態(tài)時，硫酮式結構為優(yōu)勢構象，所研究衍生物均可以發(fā)生無能壘或低能壘(≤1.5 KJ/mol)的激發(fā)態(tài)分子內質子轉移。供電子基團有利于激發(fā)態(tài)質子轉移，吸電子基團使激發(fā)態(tài)躍遷困難，不利于激發(fā)態(tài)的質子轉移。
　　4、用雜化的密度泛函方法B3LYP研究了15種2-取代苯并咪唑化合物分子內質子轉移過程，并提出了自然軌道能量指數(shù)(NOEI)。同時應

6、用NOEI和核獨立化學位移指數(shù)(NICS)來研究π電子的定域性質和離域性質對質子轉移的影響。計算結果表明，苯環(huán)（或吡啶環(huán)）上π電子離域性的變化是影響酮式結構穩(wěn)定性和過渡態(tài)能壘變化的主要因子。質子轉移的能壘和π電子離域性之間有很高的相關性，當π電子的定域性被考慮時，這種相關性從0.9663提高的0.9864。自然軌道能量指數(shù)對π電子的定域性分辨靈敏，對核獨立化學位移指數(shù)形成了一個有效的補充。
　　5、使用密度泛函的理論研究了12種2