同芳香性

本文综述了的同芳香性的概念及其进展,同时比较详细地叙述了某些2π同环丙烯正离子、6π同环庚三烯正离子、10π同环辛四烯双负离子及部分中性同芳分子的结构、核磁谱和性质。     

同芳香性探析

介绍了一系列在基础有机化学中往往被认为是非芳香性的 ,而从其物理和化学性质来考察却实际上是同芳香性的离子和分子     

单环共轭多烯的结构与芳香性研究

基于先进的量化计算软件Gaussian和波函数分析软件Multiwfn,研究结构化学课程中七种单环共轭多烯和环碳18的结构,形成“有图有真相”的立体直观的分子空间结构,形象化展示了各个分子的几何结构、分子尺寸、静电势、芳香性等。将课本知识与先进的量化软件结合起来,在量子化学层次上拓展有关芳香性的认识,引导学生加深对课本知识的理解,同时开拓学生的视野和知识层次。     

2,8(4,6)-二取代半瞬烯及其BCO衍生物的Cope重排

运用从头计算量化方法计算了一系列Cope重排的2,8(或4,6)-二取代半瞬烯(1和2), 以及2,8:4,6-四取代半瞬烯(3和4)的过渡态结构、活化能、能量差和核独立化学位移. 在2,8(或4,6)-二取代半瞬烯体系里, π电子基均使得Cope重排向2进行, 这与Hoffmann早年对此的定性预测相反. 它们的过渡态是离域双同芳香性的. 本文重点讨论了π电子基与BCO共同取代的2,8:4,6-四取代半瞬烯体系, 由于BCO的稳定效应和π电子基共轭效应, π电子基均使得结构4具有优先稳定性, 其Cope重排活化能也大大降低甚至消除. 随着卤素主量子数的变化, 它们的取代半瞬烯Cope重排相关参数也有相应的规律性变化.     

运用密度泛函活性理论的信息论方法研究苯并富烯衍生物的芳香性

文献中已有越来越多的芳香性体系被发现,同时也有越来越多的芳香性指标被提出来,但是如何解释芳香化合物稳定性的起源以及理解芳香性的本质仍然是当今理论化学中一个悬而未决的难题。运用我们新近提出的密度泛函活性理论信息论方法,不久前我们曾对一系列富烯衍生物进行了系统研究并得到了一个全新的认识。本文进一步探讨苯并富烯衍生物的芳香性行为,目的在于考察一个或多个苯环与富烯连接之后其芳香性发生变化的情况。运用香农熵,费舍尔信息,Ghosh-Berkowitz-Parr熵,Onicescu信息能,信息增益,以及相对Rényi熵六个信息量,和四种芳香指标,ASE,HOMA,FLU和NICS,我们系统地研究了信息量和芳香性指标在单、双、三苯并富烯衍生物中的相关性。我们发现,不管是否有苯环与富烯相连,芳香指标和信息量的交叉相关性都是一样的。这表明,虽然苯环本身具有芳香性,但苯环与富烯相连并不能改变富烯的芳香性与反芳香性本质。苯并富烯衍生物与富烯衍生物的芳香性和反芳香性一致。苯并富烯衍生物的芳香性和反芳香性完全取决于富烯本身的芳香性和反芳香性。这些结果为认识和理解复杂体系芳香性和反芳香性起源和本质将提供有益的启示。     

双环芳香性

本文按照Goldstein-Hoffmann的“链带模式”理论介绍了双环芳香性。同时,对(CH)_n长环离子的合成、结构与性质作了扼要的描述,它们包括双环[3.2.2]壬三烯基、双环[3.3.2]癸三烯基、双环[4.2.1]壬三烯基及双环[4.3.2]十一碳四烯基离子。     

轮烯的合成及芳香性的研究

本文综述了近年来轮烯的合成及芳香性的研究进展,介绍了各种轮烯的一般合成方法。     

自然键轨道方法研究分子的芳香性

用自然键轨道方法研究了环状共轭分子的芳香性,提出了用自然键轨道的准离域能作为量度分子芳香性的标准,用INDO方法和DV-Xα方法计算了20多个环状有机或无机分子的自然键轨道的准离域能。根据准离域能标准判断的分子芳香性大小顺序与文献的结果基本一致,表明本文提出的芳香性量度标准的有效性和可用性。     

丙烯醛及其衍生物基态脱羰反应机理的理论研究

用从头算自洽场分子轨道方法和能量梯度技术，研究丙烯醛及其衍生物基态脱羰反应的机理，用二级微扰方法考虑电子相关效应。结果表明基态丙烯醛脱羰为一简单反应，反应涉及三中心过渡态。取代基对丙烯醛脱羰反应仅有较小的影响。从计算的势垒可以推得基态丙烯醛及其衍生物热脱羰是很困难的，但是，光激发得到的丙烯醛很可能首先通过内转换成系间窜跃回到基态，然后发生脱羰反应，即基态脱羰很可能在其光解离反应机理中起着重要作用。     

芳香性研究的最新进展: Möbius芳烃和富勒烯基芳香性全反式[18]轮烯

芳香性反式轮烯结构富勒烯具有高共轭性, 是潜在的优良的光能捕获分子. 综述了Möbius芳烃和芳香性反式轮烯结构富勒烯的合成和性质研究的最新进展, 并展望了其今后的发展方向.     

Fragment molecular orbital study of the electronic excitations in the photosynthetic reaction center of Blastochloris viridis

All electron calculations were performed on the photosynthetic reaction center of Blastochloris viridis, using the fragment molecular orbital (FMO) method. The protein complex of 20,581 atoms and 77,754 electrons was divided into 1398 fragments, and the two‐body expansion of FMO/6‐31G* was applied to calculate the ground state. The excited electronic states of the embedded electron transfer system were separately calculated by the configuration interaction singles approach with the multilayer FMO method. Despite the structural symmetry of the system, asymmetric excitation energies were observed, especially on the bacteriopheophytin molecules. The asymmetry was attributed to electrostatic interaction with the surrounding proteins, in which the cytoplasmic side plays a major role. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Comput Chem 2010     

Silicon‐Containing Formal 4π‐Electron Four‐Membered Ring Systems: Antiaromatic,Aromatic, or Nonaromatic?

Density functional theory calculations (B3LYP) have been carried out to investigate the 4π‐electron systems of 2,4‐disila‐1,3‐diphosphacyclobutadiene (compound 1 ) and the tetrasilacyclobutadiene dication (compound 2 ). The calculated nucleus‐independent chemical shift (NICS) values for these two compounds are negative, which indicates that the core rings of compounds 1 and 2 have a certain amount of aromaticity. However, deep electronic analysis reveals that neither of these two formal 4π‐electron four‐membered ring systems is aromatic. Compound 1 has very weak, almost negligible antiaromaticity, and the amidinate ligands attached to the Si atoms play an important role in stabilizing this conjugated 4π‐electron system. The monoanionic bidentate ligand interacts with the conjugated π system to cause π‐orbital splitting. This ligand‐induced π‐orbital splitting effect provides an opportunity to manipulate the gap between occupied and unoccupied π orbitals in conjugated systems. Conversely, compound 2 is nonaromatic because its core ring does not have a conjugated π ring system and does not fulfill the requirements of a Hückel system.     

Localization-consistent electronic energy partitions

Electronic energy partitionings resulting from the classification of occupied molecular orbitals in disjoint subsets are seen to be consistent with localization procedures preserving that classification, regardless of the treatment given to the crossing terms between different subsets. To illustrate the utility of this result, the electronic energies of pyrazole and imidazole are partitioned into σ- and π-localized molecular orbital energy contributions, and the results are related with the aromaticity and basicity differences between both heterocycles. © 1997 John Wiley & Sons, Inc. Int J Quant Chem 65 : 121–126, 1997     

酸性条件下正钛酸钛(IV)中心与过氧化氢反应机理的第一性原理研究

正钛酸钛(IV)中心与过氧化氢的溶液反应很早就已经开始被加以关注和研究, 因其在化学催化、分析化学以及精细陶瓷方面具有重要用途. 尽管如此, 其不同条件下的反应机理以及产物长期以来没有得到共识. 本文主要希望通过对特定条件下(pH<1), 对这一反应进行第一性计算研究. 其中计算主要采用B3LYP泛函和6-311G+(3df,2p)基组的组合, 对可能的反应路径进行分步以及总反应热的计算, 其结果(27 kJ/mol)与实验值较为接近. 通过仔细研究反应中分子轨道的变化, 指出成环反应和氢转移反应是整体反应的关键步骤, 采用单向连串反应假设对实验现象进行分析, 并决定其宏观反应动力学“准一级”的特征, 获得了对特定及一般实验条件下的结果的合理解释. 通过对这一反应机理的研究, 我们希望能够将其推广至其他过渡族金属中心与过氧化物结合的反应中, 得以指导高效环氧化催化剂及精细陶瓷的合成与制备.     

简单Hückel分子轨道理论判断H4分子及离子的几何构型

简单Hückel分子轨道理论是结构化学课程内容的主要知识点之一,主要用于计算π电子成平面分布的离域体系的电子结构和轨道能量。本文把该理论推广到H_4非离域体系,定性地计算H_4非离域体系的轨道能量,帮助学生理解Walsh规则应用举例中难以理解的H_4构型为直线型,但H_4~+为四面体构型的原因。     

U原子和CO反应机理的第一性原理的理论研究

在有关实验结果的基础上提出了U原子和CO分子的各种可能反应通道, 然后采用第一性原理对反应通道上的各物种的几何构型、谐振频率以及总能量进行了计算和研究, 计算结果表明, 初级和次级反应的稳定产物分别为CUO和(η²-C₂)UO₂. 提出了最可能反应通道为U原子以C端或侧位进攻CO分子引起反应, 并用分子轨道理论解释了该反应机理.     

Canonical orbital contributions to the magnetic fields induced by global and local diatropic and paratropic ring currents

The induced magnetic field (IMF) of naphthalene, biphenyl, biphenylene, benzocyclobutadiene, and pentalene is dissected to contributions from the total π system, canonical π‐molecular orbitals (CMO), and HOMO→π* excitations, to evaluate and interpret relative global and local diatropicity and paratropicity. Maps of the IMF of the total π system reveal its relative strength and topology that corresponds to global and local diatropic and paratropic ring currents. The total π magnetic response is determined by this of canonical HOMOs and particularly by paratropic contributions of rotational excitations from HOMOs to unoccupied π * orbitals. Low energy excitations and similar nodal structure of HOMO and π * induce strong paratropic fields that dominate on antiaromatic rings. High energy excitations and different nodal structures lead to weak paratropic contributions of canonical HOMOs, which are overwhelmed by diatropic response of lower energy canonical orbitals in aromatic rings. CMO‐IMF analysis is found in agreement with ring current analysis. © 2017 Wiley Periodicals, Inc.     

Diels-Alder反应轨道作用情况研究

根据三轨道作用法重点讨论了Diels-Alder反应中反应物轨道演变成产物轨道的过程, 演变结果与轨道对称守恒原理的结果基本相同. 量子化学计算证实了演变过程的合理性, 这表明在解释D-A反应方面轨道对称守恒原理比前线轨道理论更加合理可靠.