芳香性新判据——拓扑共振能

介绍了芳香性判据研究的最新成果拓扑共振能及其应用。

薁，苯并环丁二烯和戊搭烯的拓扑共振能

为了阐明芳香性及磁性原因，用Ａｉｈａｒａ提出的ＴＲＥ概念计算了 ，苯并环丁二烯和戊搭烯等烃的共振能，环共振能和环电流．计算结果表明 因有正共振能具有芳香性并产生反磁性环电流，而苯并环丁二烯和戊塔烯因有负共振能具有反芳香性并产生顺磁性环电流．

吲哚类化合物的共振能和稳定性

为了阐明吲哚和异吲哚的芳香性及稳定性原因，按照拓扑共振能（TRE）概念计算了这两类化合物的共振能和环共振能，并且用拓扑电荷稳定（TCS）规则对它们的稳定性作出了解释．

C_(60)的芳香性

介绍了C_60分子的芳香性及其判断方法。

硼/氮掺杂富勒烯C_(20)芳香性的争论

用拓扑共振能(TRE)和百分拓扑共振能(%TRE)方法对硼和氮掺杂富勒烯C20的芳香性进行了研究,并与核独立化学位移(NICS)方法的结果进行了比较.研究结果表明,在C20-2nX2n(X=B,N;n=1,2,3,4)中只有C16N4,C14N6和C12N8具有芳香性,而其它化合物都具有反芳香性.这与NICS方法的预测结果不一致.对NICS判据和TRE方法对C20和C20-2nX2n(B,N;n=1,2,3,4)的芳香性进行判断时所得出的不一致结果及其原因进行了讨论,认为用NICS判据和2(n+1)2规则对这些化合物芳香性的预测是不可靠的.

C_(36)X(X=O,NH,S)各种可能异构体的芳香性研究

采用拓扑共振能方法对富勒烯C36X(X=O,NH,S)开环结构中的所有可能的异构体及阳离子和阴离子芳香性进行了理论研究.计算结果表明,C36X的芳香性高于C36.C36X的阳离子因其共振能为负值而具有反芳香性.反之,C36X的阴离子因共振能为正值而具有芳香性和较高的稳定性.C36的D6h和D2d异构体中杂原子X插入在55键时得到的化合物最稳定.从理论上预测了C36X的负离子能形成稳定的金属富勒烯.对C36X的阳离子和阴离子的芳香性进行了解释.

C_(36)CH_2各种可能异构体芳香性的研究

用键共振能和拓扑共振能方法对富勒烯C36CH2开环结构中的所有可能异构体及其阳离子和阴离子芳香性进行了研究.计算结果表明,C36CH2异构体的稳定性与D6h和D2d异构体中各键的键共振能直接有关,且CH2基团插入在5/5键时得到的异构体最稳定.C36CH2的阳离子因其共振能为负值而具有反芳香性.反之,C36CH2阴离子因共振能为正值而具有较高的芳香性和稳定性.从理论上预计C36CH2的高价阴离子具有很高的芳香性和稳定性.

异质富勒烯C_(34)BN的芳香性和动力学稳定性研究

采用拓扑共振能(Topological Resonance Energy,TRE)方法对硼和氮原子插入在C36(D6h)异构体后形成的异质富勒烯所有可能的异构体以及分子离子的芳香性进行了研究,分析了杂原子的取代位置和稳定性之间的关系,解释了各种异构体的相对稳定性。最后,用最小键共振能(Minimum Bond Resonance Energy,Min BRE)方法对C36(D6h)和C36BN分子离子的动力学稳定性进行了研究。研究结果表明,C36(D6h)和C36BN在中性状态下,因TRE为负值被预测为具有反芳香性。Min BRE方法研究结果证明了C36(D6h)和C36BN的动力学不稳定性与分子中具有较高反芳香性键直接有关。TRE和min BRE方法研究结果表明,C36(D6h)和C36BN各异构体在六价阴离子状态下不仅具有较高的芳香性而且也具有较高的动力学稳定性。

异质富勒烯C26N4的芳香性和动力学稳定性研究

采用拓扑共振能(Topological Resonance Energy, TRE)方法对氮原子插入在C30(D5h)异构体后形成的异质富勒烯的芳香性进行了研究,分析了氮原子的取代位置和稳定性之间的关系,解释了各种异构体的相对稳定性。最后,用最小键共振能(Minimum Bond Resonance Energy, Min BRE)方法对C30(D5h)和C26N4的动力学稳定性进行了研究。研究结果表明,C30(D5h)在中性状态下,因TRE为负值具有反芳香性,C24N4所有异构体TRE为正值具有芳香性。Min BRE方法研究结果证明了C30(D5h)和C26N4的动力学不稳定性与分子中具有较高反芳香性键直接有关。TRE和min BRE方法研究结果表明,C26N4各异构体在二价阴离子状态下不仅具有较高的芳香性而且也具有较高的动力学稳定性。

芳香性判据研究的最新进展

介绍了芳香性判据研究的发展概况与最新研究成果。

C_(22)B_xN_y(x+y=2)全部异构体和分子离子芳香性的研究

用拓扑共振能(TRE)和百分拓扑共振能(%TRE)方法,研究从富勒烯C_(24)(D_6)产生异质富勒烯C_(22)N_2,C_(22)B_2和C_(22)BN的所有异构体,研究阳离子和阴离子的芳香性。分析C_(22)B_xN_y中杂原子取代位置和稳定性之间的关系。结果,中性状态和阳离子状态中,各异构体的TRE都为负数具有反芳香性。但它们的高价阴离子的TRE都为正数则有芳香性。中性状态中,稳定性顺序为:C_(22)N_2(1-19)>C_(22)BN(39-64)>C_(24)>C_(22)B_2(20-38)。形成闭壳层结构时稳定性顺序为:C_(22)B_2^(8-)(20-38)>C_(24)^(6-)>C_(22)BN^(6-)(39-64)>C_(22)N_2^(4-)(1-19)。无论在中性状态还是闭壳层结构,当N原子取代C2类碳原子,B原子取代C1类碳原子时最稳定。理论上,预测C_(22)B_xN_y的高价阴离子有合成的可能性。

C_(40)H_2各种可能异构体芳香性的研究

用键共振能(BRE)和拓扑共振能(TRE)方法,对由从富勒烯C_(40)(D_(5d))产生的富勒烯氢化物C_(40)H_2H所有可能异构体的芳香性进行了研究。研究了氢原子加成位置和芳香性之间的关系。计算结果表明,氢原子的加成位置与C_(40)(D_(5d))中各键的键共振能直接有关。在C_(40)(D_(5d))中C3类碳原子具有最大的反应活性。大部分C_(40)H_2异构体的芳香性高于C_(40)。用拓扑共振能方法得到的C_(40)H_2异构体的稳定性顺序与AM1和PM3半经验方法得到的稳定性顺序是一致的,用键共振能和拓扑共振能方法同样地能预测富勒烯氢化物的稳定性。