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Multiwfn的轨道定域化功能的使用以及与NBO、AdNDP分析的对比(8)

然后我们再看菲的情况,此体系在《使用AdNDP方法以及ELF/LOL、多中心键级研究多中心键》中分析过。无论是ELF-pi、AdNDP还是本文用的LMO分析,都可以得到两边的六元环的共轭程度较高的结论。对应于右边的六元环的pi电子的AdNDP和LMO轨道列于下图

Multiwfn的轨道定域化功能的使用以及与NBO、AdNDP分析的对比

可以看到,无论是AdNDP还是LMO轨道,菲的两端的六元环的与pi电子有关的轨道图形都与芳香性很强的苯很形似,只不过受到实际化学环境的影响有一些变形而已。因此,我们可以得到菲的两侧的六元环的芳香性较强的结论。对此体系,用NLMO方法得到的LMO轨道和Pipek-Mezey方法得到的LMO轨道很相似。

而对于菲中间的六元环的芳香性,通过LMO的话不是很好讨论。因为我们会发现还有个C7-C10之间的定域性pi轨道,如果和主要覆盖C8-C9、C4-C3的定域性pi轨道放在一起的话,仿佛中间的六元环也有挺强芳香性。然而如果用AdNDP分析,在找六中心轨道的时候,就可以区分出芳香性差异了。当我们按照前述AdNDP的博文把sigma电子对应的轨道都挑走并从密度矩阵中扣除其贡献后,对中心的六元环和两侧的六元环搜索六中心AdNDP轨道时,会发现对两侧的环找出来的三个六中心轨道占据数是2.000, 1.985, 1.821,而中间的环是1.994, 1.770, 1.684,从占据数上看明显后者更小,即中间的环上电子离域程度不及两边的环。实际上,通过六中心键级、ELF-pi分析也都能得到相同结论。因此选出六中心AdNDP轨道时应该选边缘环的。此例说明LMO分析在某些情况下并无法完全替代AdNDP分析。


8 直观展现所有LMO的中心位置例子:多巴胺

前面提到Multiwfn可一次性把所有LMO的中心位置给出来,便于直观地观看产生的LMO都是怎么分布的,这样也便于我们快速找到我们感兴趣的LMO。注意,用PM定域化的话,C-C双键会以sigma-pi分离形式展现,此时sigma-LMO的中心和pi-LMO的中心位置往往挨得很近,难以分辨,而FB定域化就没有这个问题,每个双键被描述为两个香蕉键,其中心是明显分开的。这里用多巴胺作为例子演示一下Multiwfn自动生成LMO中心位置的功能。由于多巴胺里面有芳环,如果用PM定域化的话,芳环里的有的C-C键会被倾向描述成sigma和pi两个LMO轨道,因此这里用FB定域化以使得LMO中心位置总能分得开。

在Multiwfn里输入:
dopamine.fch
19  //轨道定域化
-8  //启用产生LMO中心位置的选项
-6  //修改定域化方法
10  //Foster-Boys
1  //定域化占据轨道(非占据的LMO的中心位置一般没什么意义,无需考察)

如屏幕上的提示所示,在Multiwfn导出记录了LMO的new.fch并把它再自动载入后,程序对每个LMO的中心位置进行了计算,并且把每个中心作为Bq原子(鬼原子)加入到了当前体系。同时在当前目录下输出了LMOcen.txt,其中记录了各个LMO中心坐标,以及与新加入的Bq原子序号的对应关系。之后程序还问你是否做LMO的偶极矩分析,这里选择n跳过。

现在进入主功能0,直接就能看到下图了。由于Multiwfn已经自动将主功能0里的显示风格设成了便于观看Bq原子的特殊情况,所以图像和平时在主功能0里看到的不同。


Multiwfn的轨道定域化功能的使用以及与NBO、AdNDP分析的对比

当前设定下此图中Bq原子序号是从1开始排的,因此其序号正好和LMO序号直接对应,故各个LMO的位置从这张图上一目了然。比如从这图上我们可以看到LMO24和LMO41一起主要描述苯环上的一个C-C键,LMO40主要描述氮的孤对电子。将LMO40用0.1等值面显示出来就是下图(为了让轨道等值面更平滑,已经在GUI菜单上的Isosur. quality里将格点数明显设得更大)

Multiwfn的轨道定域化功能的使用以及与NBO、AdNDP分析的对比

注意,当前体系里面加入的Bq原子由于没有携带基函数,对于Multiwfn程序来讲属于“异常”状态,因此对当前体系再进行波函数分析的话是没有意义的,还可能导致Multiwfn崩溃。因此当前情况就看看结构和轨道图就行了,不要再做其它波函数分析。


9 对LMO计算偶极矩考察键的极性

关于这点,原理请参阅Multiwfn手册3.22节,实际例子参看手册4.19.4节。从中可以看到通过在产生LMO中心位置后,再做一些额外考虑得到LMO的偶极矩后,就可以用来讨论键的极性问题。


10 总结 (责任编辑:admin)
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