국내외 수소결합 이론 연구 현황 및 발전 동향

29권 2호 허베이사범대학 자연과학논문 제29권 2호 2005년 3월 허베이사범대학 자연과학논문 2005년 3월Ξ 수소결합 이론 연구의 현황과 전망 왕 Haiyan, Zeng Yanli, Meng Lingpeng, Zheng Shijun, Institute of Computational Quantum Chemistry, Hebei Normal University, Shijiazhuang, Hebei 050091. 요약: 화학 요약: 수소 결합은 속성에 큰 영향을 미치는 분자 내 또는 분자 간의 약한 상호 작용입니다. 현재 생물학, 재료 및 기타 분야에서 연구 현황과 전망에 중요한 역할을 하고 있으며 현재 연구되고 있는 수소 결합 시스템 중 하나입니다. 키워드: 수소 결합 수소 결합의 유형 약한 상호 작용 그림 분류 번호: O 641. 12 1 문서 식별 코드: A 품목 번호: 100025854 2005 0220177205 화학자의 경우 분자 간의 상호 작용, 약이라고도 함 상호작용 문제는 새로운 주제가 아닙니다. 20세기 초에 사람들은 많은 화학적, 물리적, 화학적 현상이 분자 사이의 약한 상호 작용과 관련되어 있음을 발견했습니다. 1 그 중 수소 결합은 분자 사이의 가장 초기의 약한 상호 작용 중 하나입니다. 수소결합의 존재는 물의 구조와 고유한 특성 등 많은 물질의 특성에 영향을 미치며, 분자의 모양, 물리학, 특성 및 기능도 매우 중요한 역할을 합니다. 수소 결합은 화학, 생물학 및 기타 분야에서 매우 중요합니다. 항상 화학자들의 관심 분야 중 하나였지만, 이 기사에서 저자는 다양한 유형의 수소를 요약합니다. 1 수소결합의 종류 1. 1 일반 수소결합 수소결합은 일반적으로 전자가 풍부한 원자 사이의 약한 상호작용을 갖는 전자가 부족한 H 원자입니다. 또는 원자단은 "화학 결합의 결합 에너지보다 훨씬 작고 반 데르 발스 힘에 더 가깝습니다. 일반적으로 수소 결합은 X -H...Y"로 표현될 수 있습니다. 여기서 X와 Y는 일반적으로 다음과 같은 전기 요소입니다. Y 원자는 1개 이상의 비공유 전자쌍을 가지고 있으며 Rodebush는 수소 결합 이론을 사용하여 물의 비정상적인 끓는점을 설명하는 데 성공했습니다. 1935년 X선 결정 구조 분석을 통해 1939년에 수소 결합의 존재가 입증되었습니다. 폴링은 1951년에 단백질의 α-나선과 β-시트 구조를 발견하고 DNA 이중 염기쌍의 확인을 통해 수소 결합의 개념을 널리 받아들인 책 "화학 결합의 본질"을 편집했습니다. 1953년의 나선구조는 사람들로 하여금 생물학적 거대분자계와 생명과정에서 약한 분자간 상호작용의 역할을 더욱 깨닫게 해주었습니다. 수소결합에 대한 관심도 점점 더 커지고 있습니다. American Chemical Abstracts에서 수소결합에 대한 초기 연구에서는 수소결합 공여체와 수용체가 대부분 N O F Cl 2 등과 같이 작은 원자 반경과 큰 전기 음성도를 갖는 원자에 해당하는 시스템으로 제한되어 심층적으로 연구되었습니다. 수소결합에 대한 지속적인 연구로 인해 수소결합의 범위가 계속 확장되고 있습니다. 최근 몇 년간 연구된 수소결합 시스템에는 HF H2 O N H3 CH4 … H2 O HF2 - … 3 CH2 OH 등이 있습니다. 거대분자 수소 결합 시스템 6 ~ 8 및 CHN H … Y 유형 Y F N O S Cl Br Cl H … 유형 C H … 유형 M 금속 원자 O H … N M M 유형 M

금속 원자 N H... M형 금속 원자 H 양의 극성을 갖는 원자 M H... 결정의 C 유형 및 기타 M O 수소 결합 시스템 9. 고전적인 강한 수소 결합 O H...에서 비고전적인 C H까지. .. C H... 전이 금속 원자에 대한 수소 결합 O O NM H … O H … N H …과 같은 시스템에 직접 참여하면 O M M Ξ 수신 날짜: 2004 06 01 개정 날짜: 2004 07 20 기금. 프로젝트: 허베이성 자연과학 재단 프로젝트 B2004000147 저자 정보: 왕하이옌(Wang Haiyan), 1979년생, 허베이성 한단시 출신, 허베이 사범대학 석사과정 1994-2009 중국 학술지 전자출판사. .net 178 Journal of Hebei Normal University, Natural Science Edition, Volume 29 π1. 2형 수소 결합 π형 수소 결합은 전자가 부족한 H 원자와 다중 결합의 π 전자 또는 H 원자 사이에 형성된 약한 상호 작용입니다. ***요크 시스템 예: FH … 2 CH2 FH … 2 C CH2 외 1946년에 Dewar는 π형 시스템 화합물이 π형 양성자 수용체 역할도 할 수 있다고 제안했습니다. 1971년이 되어서야 Moroku2ma와 그의 동료들이 π형 수소 결합에 대한 최초의 이론적 계산을 수행했습니다. 그 이후로 사람들은 π형 수소 결합에 대해 많은 연구를 해왔습니다. 벤젠과 CH4 H2 O N H3 N H4 HX, 할로겐화수소 CH3 OH, 플루오로벤젠과 CH3 OH HX, 할로겐화수소와 C2 H4 C2 H2 H2 C CHC CH H2 O와 C2 H4 사이의 약한 상호작용 등 다양한 형태의 π- X π H와 같은 유형의 수소 결합… 극성화된 π 전자는 안정적인 π 유형 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 2000년에 Stefov et al.은 다양한 형태를 포함하는 π 유형 시스템 분자 클러스터 화합물에 대한 자세한 검토 및 논의를 수행했습니다. π형 수소 결합의 π에 따르면 연구된 π형 수소 결합 시스템의 대표적인 유형은 다음과 같습니다. 1 루이스 산... H2 O...C2 H4 HX...C2 H4 H2 O... HX... N H4... 벤젠 π 벤젠 등 2 π... 시스템 12 13 HCCH …HCCH HCCH … 2 H4 C2 H3 F … C πHCCH 및 기타 3개의 양이온 … 시스템 14 CH2 CH2 H …HCCH CH2 CH2 등 CH2 H … 2 CH 이러한 π형 수소 결합 시스템에는 주로 T형, 적층형 등이 포함됩니다. 병렬형, 1. 3 이중 수소 결합 - 이중 수소 결합. 이중 수소 결합은 양으로 하전된 H 원자와 음으로 하전된 H 원자 사이의 가장 최근의 새로운 유형의 수소 결합을 의미합니다. 30년 후로 표현될 수 있는 작용 형태를 갖는 원자 사이의 약한 상호 작용은 Burg가 적외선 분광법을 사용하여 이루어졌습니다. N H...H3B CH3 2 N H...H3B 사이의 유사한 "수소 결합" 형성을 측정합니다. 그러나 이러한 상호 작용이 인식된 것은 20세기에 처음입니다.

1960년대 후반에 브라운과 그의 동료들은 적외선 분광법을 사용하여 화합물 L ... H3 L Me3 N Et 3 N Py Et 3 P와 Me3 N ... H2 X X B BCl Br I 사이의 상호 작용을 분석했습니다. 그들은 이수소가 이수소라는 것을 발견했습니다. 결합 사이의 결합 에너지는 일반적으로 7.1~14.6kJ/mol이며, H...H 사이의 거리는 일반적으로 0.17~0.22nm입니다. 현재 이중 수소에 대해 가장 널리 연구된 시스템입니다. 결합은 다음과 같습니다. X H...H M 불활성 기체 화합물 23은 N H4 사이에 단일 또는 다중 이중 수소 결합을 형성할 수 있으며 이중 수소 결합의 함량을 더욱 풍부하게 하기 위해 이중 수소 결합을 형성할 수도 있습니다. 반응 및 선택성은 결정 조립 및 초이중 수소에 영향을 미칩니다. 결합은 일반적인 수소 결합에 비해 용액이나 고체의 분자 구조, σ 전이 금속의 배위 등에 영향을 미치며 모두 이중 수소 결합에 의해 영향을 받으며 촉매 작용, H 교환과 같은 분자 시스템에 사용될 것으로 예상됩니다. , 결합 이동, 결정 공학 및 재료 화학 . 현재 연구로 판단하면 이중 수소 결합은 초분자 화학과 고분자 화학을 연결하는 가교가 될 것으로 예상됩니다. 1. 4 최근 일부 연구에서는 자유 라디칼을 사용하는 단일 전자 수소 결합이 발견되었습니다. 예를 들어, 메틸 라디칼은 수소 할로겐화물, 물 및 아세틸렌과 새로운 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 이 수소 결합은 양성자 수용체의 단일 전자가 양성자 공여자의 H를 끌어당기면서 형성됩니다(그림 1). 2) 그래서 단일전자수소결합이라고 한다. 현재 이러한 형태의 수소결합에 대한 연구는 거의 없다. -C2 H2 2 수소 결합 쌍 스펙트럼에 의해 형성된 전자 수소 결합 수소 결합이 형성된 후 양성자 공여체의 결합 길이에 영향을 미칩니다. Wang Haiyan et al.: 수소 결합 이론 연구의 현재 상태 및 전망 179 양성자 기증자와 양성자 수용체 사이의 거리와 양성자 수용체의 이온화 에너지가 크게 증가했습니다. 적색 편이의 범위는 수소 결합의 강도와 관련이 있습니다. 1989년 Budě Insky는 뜻밖에도 수소 결합의 빈도를 발견했습니다. C2H 결합 신축 진동은 트리포름알데히드 메탄의 적외선 스펙트럼을 준비하고 관찰하는 동안 적색 편이가 아니라 3021 cm-1에서 3028 cm-1로 약간 청색 편이되었으며 흡수 강도가 변화하는 것을 얻었습니다. 1997년에 Boldeskul은 CHF3 CDF3 CHBr3를 양성자 공여체 카르복실 그룹으로 사용하고 술포네이트 화합물을 양성자 수용체로 사용하는 일련의 수소 결합 시스템을 연구하면서 CHF3 CDF3 CHBr3도 발견했습니다. 신축 진동 2000년 Weber는 Cl - ... 3Br I - ... CHCH3 I - ... 4 분자 CH 이온 착체 시스템의 적외선 스펙트럼 측정에서 C-H 결합 신축 진동의 강한 청색 이동을 관찰했습니다. 이 비정상적인 청색 편이 현상은 즉시 화학자들의 관심을 끌었으며 이에 대해 많은 실험적, 이론적 연구가 수행되었습니다. 연구 결과에 따르면 비정상적인 청색 편이 현상을 일으키는 수소 결합은 우연이 아니라 다음과 같은 많은 다른 시스템에 존재합니다. 벤젠 이량체, 플루오로메탄과 물, 플루오로벤젠과 트리할로메탄 등은 일반적으로 수소 결합이 형성된 후 양성자 공여체 X가 나타나는 수소 결합과 다른 특성을 갖습니다.

—H의 결합 길이는 짧아지고 신축 진동 주파수 청색 편이 흡수 강도는 거의 변하지 않습니다. 이러한 비정상적인 청색 편이 현상의 특성에 따라 Hobza는 이를 비정상 청색 편이 수소 결합 부적절한 청색 편이 수소 결합이라고 명명했습니다. 이동 수소 결합 π Hobza 25는 2000년에 발견된 청색 이동 수소 결합 시스템을 4가지 범주로 요약했습니다: C H... ***요크 시스템 유형 C H... 유형 O-C H...F 유형 C H.. 할로겐화물 음이온 유형. 연구된 많은 청색 이동 수소 결합 시스템에서 유형 수소 결합 시스템은 주로 C2H...Si N P O S Y N H3 SH2 OH2 Cl H FH 시스템에 집중되어 있으며, 청색 또한, 불활성 원소의 화합물은 청색 이동 수소 결합을 형성할 수도 있습니다.27 실험적으로나 이론적으로 많은 발견이 이루어졌지만 그 형성의 본질은 밝혀지지 않았습니다. 3. 수소 결합 시스템을 연구하기 위한 이론적 계산 방법 지난 수십 년 동안 사람들은 경험적, 반경험적, ab initio 계산 및 기타 방법을 사용해 왔습니다. 최근에는 약한 상호작용에 관한 계산 조건의 한계로 인해 이 분야에서 정확한 양자 화학 계산 방법이 더 큰 성공을 거두었습니다. 순순한 HF SCF의 역할에 대한 연구입니다. 방법은 주로 H2 O 2 H2 O 3 N H3 2 HF 2 HF 3 와 같은 소분자의 이량체 및 삼량체와 H2 O…H3 H2 O…HF N H3...HF 와 같은 무기 소분자에 중점을 둡니다. 초분자의 구성 최적화, N 약한 상호 작용의 강도 및 진동 스펙트럼 등. 신뢰할 수 있는 계산 방법 및 기본 설정은 수소 결합 시스템으로 인한 약한 상호 작용 시스템을 연구하기 위한 이론적 계산의 첫 번째 조건임이 잘 알려져 있습니다. 작기 때문에 기본 집합 중첩 오류 BSSE에 특히 민감합니다. 일반적인 HF 방법은 약한 상호 작용에 대해 무시할 수 없는 전자 상관 관계를 고려하지 않습니다. 또한 기본 함수 중첩 오류는 크기와 일치합니다. size2consistency error SCE 따라서 이 방법은 약한 상호작용 에너지를 계산할 때 큰 오류가 발생하는 경우가 많으며, 이후 MP2 방법은 전자 상관 효과를 고려하여 분자 시스템의 약한 상호작용 에너지를 정확하게 계산할 수 있습니다. 큰 기초 세트를 결합하면 실험 결과와 잘 일치하는 계산된 값을 얻을 수 있습니다. 그러나 MP2 방법은 계산에 많은 공간과 시간이 필요하므로 연구 시스템이 약간 더 크면 연구하기가 매우 어렵습니다. 밀도 범함수 이론을 사용함density 함수 함수 이론 DF T 계산 방법의 정확도는 M P2와 동일하지만 계산 속도는 M P2보다 거의 한 자릿수 빠릅니다. 특히 고분자의 경우 차이가 있습니다. 더욱 큰: 따라서 최근 몇 년 동안 화학 및 생화학적 문제를 연구하기 위해 밀도 함수법을 사용하는 연구자가 점점 더 많아지고 있습니다. 현재 컴퓨터의 급속한 발전으로 양자 화학 계산이 점점 더 정확해지고 있으므로 응용이 더욱 쉬워지고 있습니다. MP2 방법의 계산 결과의 품질도 기본 기능과 밀접하게 관련되어 있습니다. Zheng Wenxu 등은 분자간 상호 작용에 대한 기본 설정의 영향을 체계적으로 연구했습니다. 기저 함수가 cc PV TZ보다 커지면 기저 함수 중첩 오류 BSSE가 감소하기 시작했습니다. 그러나 Bernstein 등은 연구에서 확산 함수의 역할을 고려하지 않았습니다. 기능은

분자간 상호작용에 대한 연구, 특히 음이온을 포함하는 계에 대한 연구는 분자간 상호작용의 특성에 따라 기본세트의 선택에 분극함수와 확산함수가 포함되어야 하며, 이를 포함하는 기본세트가 있음을 입증하는 보고가 있다. 분극 함수와 확산 함수는 BSSE를 크게 감소시킬 수 있습니다. 일부 연구에 따르면 cc PV TZ 기본 세트를 사용하여 계산된 BSSE는 aug cc PVDZ의 해당 계산 결과보다 훨씬 더 큰 반면, 6 311 G 33으로 계산된 상호 작용 에너지는 베이시스 세트는 BSSE 및 aug cc PVDZ 결과와 동일하며 결과는 aug cc PV TZ의 계산 결과와 비슷하지만 소요 시간은 후자의 두 베이시스 세트보다 훨씬 적습니다. 좋은 선택. 1994-2009 중국 학술 저널 전자 출판사. ki.net 180 허베이 사범 대학 자연 과학 에디션 29권 6231 G 3 62311 G 3 3 62311 G 3 df 2 p aug2cc2PV TZ 및 M P2 CCD QCISD와 같은 고급 계산 방법을 사용하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 적절한 계산 방식을 선택하는 것은 수소 결합 시스템에 대한 이론적 연구에 중요한 역할을 합니다. 4. 전망과 전망 약한 상호 작용은 어디에나 존재합니다. 생체분자 시스템에서 중요한 역할 생물학적 초분자 시스템의 초분자는 약한 상호작용을 통해 형성될 수 있으며, 그 중에서 수소결합이 중요한 위치를 차지합니다. 이제 분자 간의 약한 상호작용에 대한 연구가 심화되면서 새로운 과학 분야가 형성되었습니다. 초분자 화학 초분자 시스템에 대한 이론적이고 실험적인 연구는 이제 화학, 생명과학, 재료과학, 정보과학 분야에서 뜨거운 연구 주제가 되었습니다. 수소 결합을 통한 양성자 전달 반응은 많은 화학 및 생물학의 기본 단계입니다. 프로세스29. 최근 몇 년간 실험과 이론의 발전으로 인해 소분자 시스템의 수소 결합 클러스터에 대한 연구가 크게 진전되었습니다. 헤테로고리 화합물의 수소 결합 클러스터에 대한 연구는 여전히 더 진행되어야 합니다. 이러한 분자의 공간적 구성은 수소결합과 큰 관계가 있습니다. 유용한 광학적, 전자기적 재료를 얻기 위해 특정 구조 단위 또는 기능 단위를 원하는 방식으로 조립하기 위한 결정 공학에서의 수소 결합 지침. 현재 C2H...C2H...와 같은 수소 결합 유형. CH 그들의 법칙 중 일부를 요약하면, 20세기 초 수소결합이 발견된 이후 이에 대한 많은 연구가 계속되어 왔으며, 수소결합에 대한 이해도 지속적으로 이루어져 왔다. 초기 일반 수소결합에서 π형 수소결합, 이중수소결합, 청색편이 수소결합, 최근에는 단일전자수소결합으로 질적 도약을 거쳐 수소결합이 결정적인 역할을 하게 됐다. 생물학, 화학 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 분자 인식 및 분자 조립 측면에서 수소 결합 연구는 광범위한 전망과 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다. 참고 자료: 1 EFFREY G A SA EN GER W. Hydrogen Bonding in Biological Structures M. New 요크: 스프링거

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