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有机分子的结构与排列方式对原子电荷分布及静电作用的影响

张兆慧 李海鹏 毛仕春

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有机分子的结构与排列方式对原子电荷分布及静电作用的影响

张兆慧, 李海鹏, 毛仕春

Effect of the structure and the arrangement of organic molecules on the atomic charge and electrostatic interaction

Zhang Zhao-Hui, Li Hai-Peng, Mao Shi-Chun
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  • 对由两个相同的长直链分子(CH3(CH2)5–R(R=COOH,CH3,OH)、CH3(CH2)4–COOH))呈镜面对称分布组成的四种模型,及由两个CH3(CH2 )5COOH分子平行分布组成的模型进行了量化计算,研究了分子间距、功能团、链长及排列方式对原子电荷分布及分子静电相互作用的影响. 结果表明:1) 分子中不同位置的亚甲基团(–CH2–)的C原子电荷各不相同. 2) 原子电荷不仅受到分子链长及功能团的影响,同时,当分子间距及排列方式发生改变时,原子电荷也发生改变;双分子模型较单分子模型的原子电荷变化较大. 3) 分子间静电作用由尾基功能团的极性决定,由强到弱为–COOH>–OH>–CH3,分子中其他原子对静电作用的贡献较小;分子链长的增加导致尾基功能团中电荷减少,从而使得分子间静电作用减弱.
    The quantum computation method has been used to investigate the atomic charge and electrostatic interaction of five models: four of which are composed of two mirror-symmetrical long-chain organic molecules (CH3 (CH2)5–R (R=COOH, CH3, OH) and CH3(CH2)4COOH); and one is composed of two parallel CH3 (CH2)5 COOH molecules. Results show that: (1)The charge of the C atoms of the methylenes(–CH2–) in the molecules is different from each other; (2) the atomic charge is mainly determined by the chain-length and the functional group; meanwhile, it may change when the distance between molecules changes or the arrangement of the molecules changes. The atomic charge in the bimolecular models changes more than in the single molecule models; (3)the electrostatic interaction is mainly determined by the tail function groups: the interaction strength is –COOH>–OH>–CH3; while the other atoms have little contribution. Electrostatic interaction will decrease when the atomic charge of the tail functional groups decreases, which is caused by the increased chain-length.
    • 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:2013QNA34)和国家自然科学基金理论物理专项项目(批准号:11347123)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(Grant No:2013QNA34), and the National Naturd Science Foundation of China (Grant No. 11347123).
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-01
  • 修回日期:  2014-05-29
  • 刊出日期:  2014-10-05

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