醋酸与水分子之间相互作用

1、醋酸与水分子之间相互作用学号：MG0824078 姓名：许敏 专业：有机化学1前言醋酸与水分子中都具有电负性较大且有孤对电子的氧原子，因此分子之间能形成氢键。我们通过设计单个醋酸分子酸和水分子形成的分子间的氢键的模型，比较体系的总能量，氢键相互作用的键长，和分子相互作用的能量下降，来得出稳定的构型。2 计算方法 醋酸分子中有两种氧，与水中的一种氢可以形成两种氢键；水中只有一种氧，跟醋酸中的两种氢也可以形成两种氢键，因此若不论构型，总共有四种氢键。我们先在GaussView中建立这四种模型，然后利用6-31g+(d,p)基组进行优化，得到优化后的构型后，先计算总能量，再分别以水分子中的原子和醋酸

2、中的原子为鬼原子，计算能量。然后通过计算得到形成氢键的两原子之间的作用能。3 计算结果四种氢键结构如下：(1) 水分子中的氧与醋酸中甲基中的氢形成氢键 优化后，总能量：E=-305.5495886 a.u. 以水为鬼原子，醋酸能量：E1=- a.u. 以醋酸为鬼原子，水能量：E2=.u.相互作用能：E=-305.5495886 -(-229.1058601)-( a.u.氢键键长：(2) 水分子中的氢与醋酸中的羟基氧形成氢键，水中氧与甲基氢也形成氢键优化后总能量：E=-305.5457949 a.u. 以水为鬼原子，醋酸能量：E1=-229.1058936 a.u.以醋酸为鬼原子，水能量：E2

3、=-76.4344892 a.u. 相互作用能： E=-0.0054121 a.u. 氢键键长：A(水中氧与甲基氢) & 2.562819A(水中氢与羟基氧)(3) 水分子中的氢与醋酸中羰基氧形成氢键，水中氧和甲基氢也形成氢键优化后总能量：E=-305.5495915 a.u. 以水为鬼原子，醋酸能量：E1=-229.1058387 a.u. 以醋酸为鬼原子，水能量：E2=-76.4344283 a.u. 相互作用能： E=-0.0093245 a.u. 氢键键长：A(羰基氧与水中氢)(水中氧与甲基氢)(4) 水分子中氧原子与醋酸中的羟基氢形成氢键，水中氢和羰基氧也形成氢键 优化后总能

4、量：E=-305.5548764 a.u. 以水为鬼原子，醋酸能量：E1= -229.1043959 a.u. 以醋酸为鬼原子，水能量：E2= -76.4346015 a.u. 相互作用能： E= -0.015879 a.u. 氢键键长：A(水中氧与羟基氢)A(羰基氧与水中氢) 4 讨论由计算以上四种氢键的计算结果可以看出，第四种的能量最低，键长最短，体系最稳定。在这种构型中，醋酸中的羰基、羟基和水分子中的原子都在一个平面上，两个氢键的形成构成了一个六元环，提高了体系的稳定程度。而对于第二第三种氢键，虽然也能形成环，但由于甲基的转动，环的张力比较大。因此，通过计算，我们得到了醋酸与水分子相互作

5、用形成氢键的稳定构型。但这里我们仅讨论了单分子醋酸与单分子水的情况，同组同学有以一分子醋酸和两分子水作为模型计算的，计算结果也具有一定合理性。参考文献：1 Chandra . Ichiye., J Chem Phys,1999,111:27012 Rablen P.R Lockman J.W and Jorgensen W.L. ab initio study ofHydrogen-bonded complexes of small organic molecules with . J Phys Chem A, 1998,102:37823 Gao Q. and Leung K.T. Hydrogen-bonding interactions in acetic acid monohydrates and dehydrates by density-functional theory calculations. J Chem Phys. 2005 ,123:0743254 Zhang Y, Wang Q, Hong X,Miao Q. et al. Ab innitio study on hydrogen b