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[综合交流] 在研究有机酸和稀土离子配位化学时,遇到的ΔG和络合常数的对应异常问题

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本帖最后由 shrine 于 2026-5-21 10:58 编辑

各位老师大家好,我在利用Gaussian“简易粗略定性”计算有机酸(DTPA)同分异构体和Lu3+离子的ΔG时,用配体和配合物结构优化之后的“ Sum of electronic and thermal Free Energies”插值来定性粗略估算不同配合物的络合常数,根据之前的帖子和论文,一般认为配体和配合物的自由能之差和络合常数存在对应关系。但是我在实际计算的时候遇到了如下问题:
①分别用“# opt freq 6-31+g(d) em=gd3bj int=fine pbe1pbe”和“# opt=recalc=5 freq em=gd3bj int=fine pbe1pbe/genecp”关键词对两个配体和配合物进行几何优化,log文件中得到的
“ Sum of electronic and thermal Free Energies”差值如下所示,对应L而言,ΔG= -40.901236;对应DTPA而言,ΔG= -40.791208。(由于金属离子是一样的,所以可以把两个值定性排序),从数据可知,L的络合能力要比DTPA强许多(大概200+ KJ/mol)。
②当查看了L和DTPA的金属配合物的结构之后,发现DTPA_Lu配合物是完美的8配位,其中五个羧基和三个叔胺参与配位;而L_Lu的结构在优化之后出现了明显的畸形和不对称,只是6配位。按照“朴素的化学直接”来看待这个问题的话,DTPA_Lu的络合能力无论如何都要比6配位的L_Lu来得强,这与上面的计算结果矛盾了
③与此同时,我也做了这两种配体和配合物在水溶液的溶剂模型下的结构优化,关键词分别为“# opt freq 6-31+g(d) em=gd3bj int=fine pbe1pbe scrf=iefpcm”和“# opt=recalc=5 freq em=gd3bj int=fine pbe1pbe/genecp scrf=iefpcm”,log文件中得到的“ Sum of electronic and thermal Free Energies”差值如下所示,对应L而言,ΔG= -39.837086;对应DTPA而言,ΔG= -39.901498。(由于金属离子是一样的,所以可以把两个值定性排序),从数据可知,在水溶液下,L、DTPA的络合能力出现了翻转,DTPA_Lu的络合能力要更强,这变得符合化学直接了(大概165 KJ/mol)。

因此我出现了以下疑问:为什么在真空条件下会出现L_Lu配合物能量异常低的情况,形成这一现象的原因是什么?

202605211027311985..png (133.3 KB, 下载次数 Times of downloads: 0)

两个配体结构式

两个配体结构式

202605211057552098..png (386.73 KB, 下载次数 Times of downloads: 0)

几何优化后两个配合物结构式

几何优化后两个配合物结构式

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