对称氢键与氢键的本质(2)

学术   科学   2024-07-15 21:16   北京  

       在对称氢键与氢键的本质(1)中已经提到强氢键(SHBs)与弱氢键的共振关系,而从下图可以很清楚的看到强氢键与弱氢键的区别——红色的散点表示弱氢键,蓝色的散点表示强氢键SHB——弱氢键的vH–dF-H 具有很强的线性相关性,R^2可达0.97~0.99,而SHB的v-dF-H的线性相关性就差得多,R^2仅0.89,这意味着几乎不相关。

    上面的振动分析显示出传统的氢键解释并不适应SHB的形成,因此我们需要一些更详细的电子结构来描述它。计算表明,随着F-F间距的减少,质子和受体氟上的电荷持续减少,而氢键的给体氟上的电荷增加。

    静电相互作用只占SHB键能的52%~62%,在较短的D···A距离下,共价相互作用、电荷转移和泡利斥力产生势能的比例越来越大,要定量描述这些作用还需要未来进一步的研究。

    这类强氢键具有很特殊的性质,从这一体系的分子轨道可以看出该体系中的分子轨道如何组合,最显著的稳定化作用来源于σg与质子的线性组合:

    更加定量化的表述如下:

 

    综上所述,FHF这类强氢键SHBs,与其他三中心四电子键(3c-4e)相似,应当被描述为氢介导的给体-受体键,这与传统的氢键的静电相互作用有本质上的不同。

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参考文献:

[1]Bogdan Dereka et al. Science2021;371:160-164

[2]Mischa Bonn, and Johannes Hunger;Science 2021;371:123-124

[3]P. A. Kollman, L. C. Allen, Chem. Rev. 72, 283 (1972).


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