甲醇溶液中三种构型对比

1、甲醇溶液中三种构型对比化学化工学院周柏杰mg0624119建立了水和甲醇的三个模型，用 guass98优化体系并计算了体系的各种可能组合的能量。比几种模型之间的各种平行参数。得出甲醇在水中比较稳定的构型结论。对关键词：甲醇，水，六元环，七元环，氢键1模型的建立用 hyperchem建立模型， 建立一个水和甲醇以及两个水和甲醇的构型。以一个水和甲醇形成的氢键作为参照，比较两个水和一个甲醇的两种不同模型。用hyperchem，2模型优化及能量的计算将模型保存好导入gaussview 分别进行优化处理，再在优化的基础上进行频率能量的计算。注：任务文件和结果文件见“附件”3结果数据的统计和比较得到得到

2、的数据填入下表：表1. 甲醇和一个水分子模型structurepropertiesnamemethanol-watermethodrmp2-fcenergy-190.98634845a.u.h-bondr(2-8)=1.874distancebondmethanolmethanol-watemethanol (?) bond( ? )r (?)=0.010r2-6 =0.950r2-6 =0.940watermethanol-watewater (?) bond( ? )r (?)=0.018r=0.958r=0.9408-78-7anglemethanolmethanol-watemetha

3、nol( ) angle ( )r( )=0.005a1-2-6 = 114.185a1-2-6 = 114.180watermethanol-watewater( ) angle ( )r( )=0.008111.518111.510h-bonde(methanole（ methanol ）e(water)e(h-bond)energy-water)(a.u.)-190.98635-114.989003-75.98604802-0.01130218326表2. 甲醇和两个水分子的六元环氢键模型structurepropertiesname2water-1methanol-6cyclemeth

4、odrmp2-fcenergy-263.49516526a.u.h-bondr3-4 =1.780distanr1-12 =1.710cer8-6 =1.780bond( ? )氢氧键1methanol-2wa2water1methnol-wate1methanol-water(terr(123)456)methanolr=1.010r=1.014r=1.0148-128-128-12waterr4-6 =1.000r4-6 =1.010r4-6 =1.008r=1.000r=1.010r=1.0001-31-31-3angle( )methanola7-8-12 =103.850a7-8-1

5、2 =103.850a7-8-12 =103.858watera5-4-6 =100.140a5-4-6 =100.140a5-4-6 =100.140a2-1-3 =100.660a2-1-3 =100.660a2-1-3 =100.660energye(平均-263.49516311-149.94232828-188.52385987-188.52329703(a.u.)h-bond)=-0.0002804水123单独能量 -74.97286064水456单独能量 -74.97166046甲醇单独能量 -113.55392653可以算出每个氢键的能量e( 水123和甲醇 )= -188.5

6、2385987-（ -74.97286064-113.55392653）=-0.00826614e(水 456和甲醇 )= -188.52329703-（ -74.97166046-113.55392653）=-0.00228996e（两个水之间） =-149.94232828-（ -74.97286064-74.97166046） =-0.0021929可以看到其中水 123与甲醇形成的氢键能量最小，而其他两个氢键能比较大，说明甲醇主要和一个水形成较强的氢键，而另一个氢键比较弱。同时比较一个水和甲醇形成的体系和六元环体系，总能量前者是 -190.98635326a.u. 将一个水设为轨原子能

7、量为 -188.52385987a.u. ，说明这种体系比单个水和甲醇体系稳定。而后者表 3. 甲醇和两个水分子的七元环氢键模型stucturepropertiesname2water-1methanol-6cyclemethodrmp2-fcenergy-263.49373931h-bondr1-9 =2.134distancer=1.6905-8( ? )r2-4 =1.690bond( ? )bond1methanol-2water1methnol-w1methanol-wa2waterater(123)ter(456)methanolr(7-9)1.1101.1101.110r(7-8

8、)1.4501.4501.450waterr(1-2)1.0101.0121.010r(4-5)1.0001.0001.000angle( )methanola(8-7-9)107.170107.170107.170watera(2-1-3)98.54098.54098.540a(5-4-6)100.630100.630100.630energye(平均 h-bond)=-263.49373-149.93802-188.52245-188.5270603(a.u.)0.000020779318312371水 123单独能量 -74.96731803水 456单独能量 -74.97359357

9、甲醇单独能量 -113.55592241可以算出每个氢键的能量e( 水123和甲醇 )=0.00078813e( 水 456和甲醇 )=-0.00245567e( 两个水之间 )=-0.0028833可以看到，甲醇和一个水分子形成氢键，而与另一个水之间的氢键能是正的，就是不形成氢键，而水之间的氢键能和水域甲醇之间的氢键能相当。氢键的讨论：比较几个模型之间的能量，如下表表4.三种模型能量表单位（ a.u. ）模型 1模型 2：六元环模型模型 3：七元环模型e（ 1methanol+water123） -190.98634845-188.52385987-188.52245237e（ 1metha

10、nol+water456）-188.52329703-188.52706031e（ 1methanol+2water ）-263.49516526-263.49373931e（平均氢键能）-0.01130218-0.00028040.00002077d（平均氢键距离） ( ? )1.8741.7571.838由上表可以看出，六圆环和七元环模型的稳定性都比第一个模型稳定，因为存在另一个水形成的氢键将体系能量将降低了。从平均氢键距离也可以看出这一点。平均氢键距离直观地反映了体系形成氢键的稳定性可得到结论e2 e3 e1即，六元环体系最稳定，七元环次之，单个水和甲醇的体系最不稳定。另外可以探讨氢原子所在位置和氢键形成的关系，从模型 2和模型 3可以看出，应该是甲醇羟基上的氢容易形成氢键，而甲氢形成的氢键很不稳定，能量为正，即需要吸热才能形成。这个结论与有机知识吻合，甲基是一个疏水的基团。键长键角的变化：受到氢键吸引的影响，相应的键长会拉伸，与此相应的键角会变大。而且变化的大小与相应的氢键的强度有关，氢键越强，变化就越大。这种变化可从表1，2，3 中看出。频率变化 ：由于氢键存在的吸引，使得部分基团的振动受到抑制，从而使得振动的频率发生红移，而且红移的大小与