分子模拟实验-溶剂化效应和红外光谱的模拟

分子模拟实验 溶剂化效应和红外光谱的模拟分子模拟实验 溶剂化效应和红外光谱的模拟 实验内容介绍： 本次实验主要内容是溶剂化效应和红外光谱模拟。何谓溶剂化效应，通常量子化学的讨论都是在真空中、绝对零度下、气相分子的性质，实际上大多数化学物质和过程都存在于介质（如各种溶剂）中，与孤立的气相分子相比，溶剂对溶质分子的性质及其参加的化学反应，都有可能有非常重要的影响。不同的溶剂不仅可以影响溶质分子的结构、反应平衡、反应速率，甚至可以改变反应进程和机理，得到不同的产物或产率。将这些影响称之为“溶剂化效应”。对溶剂化效应的模拟有三种模型:显式溶剂化模型、隐式溶剂化模型、显式隐式结合模型。显式模型主要是在溶质分子中加入真正的溶剂分子再进行优化模拟；隐式模型是连续介质模型，溶剂对溶质分子的作用称为反应场，通过场概念运用迭代方法的计算，直至自洽，称自洽反应场方法（SCRF）,其中又包括：Onsager 模型、极化连续介质模型（PCM）。实验中，我们以反应 F- +CH3F = FCH3 +F-为例，进行溶剂化模型的建立以及反应优化计算。 红外光谱模拟是分子光谱模拟的重要一项。分子的红外光谱是分子振动的反映，振动频率对应于红外光谱的一个谱峰，振子强度（由于振动而引起的分子偶极矩的变化）相应于光谱峰的高度。谱峰的高度则是由于诸如热效应等引起的展宽，与分子本身的振动性质关系不大，因此模拟分子的红外光谱，首先需要对分子进行振动频率分析。计算红外光谱时有以下几个原则：1、必须采纳优化的分子结构；2、结构优化和频率计算必须采纳同一理论水平；3、理论计算的频率为谐振动频率，一般偏高；4、理论计算的振子强度和实验峰高不具有可比性。实验中，我们以 H2O 分子为对象，作红外光谱的模拟计算。 实验要求： 1、掌握溶剂化效应的概念和溶剂化模型，能做溶剂化效应对反应进程的模拟； 1、理解红外光谱的概念和模拟，作出不同优化方法下的 H2O 分子的红外光谱图，并比较分析。 实验一：溶剂化效应 （1）、反应 F- +CH3F = FCH3 +F- 是一个典型的有机反应 SN2 反应，反应在气相进行时，首先形成一个“中间体”，这是一个简单的符合过程，不存在过渡态。然后经过一个 SN2 过渡态，形成另外一个中间体（反应对称，此中间体和初始形成的中间体是一样的），最后直接分解成两种产物。优化方法和基组设置为 GAMESS/ HF/(6-31G(d))，R-Closed Shell, Spin Multiplicity 1,Net Cha...