一些无机团簇的三维芳香性的理论研究

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人们对芳香性的研究已经开展了近两个世纪。平面芳香性理论已经相当成熟。然而自从以C60位代表的富勒烯的被发现以后,三维芳香性逐渐成为人们的研究热点。然而三维芳香性的理论还不成熟,仍然没有统一的理论来描述三维芳香性。本文对一些无机团簇的三维芳香性进行了一些初步探索。首次应用核独立化学位移(NICS)方法研究了一些无机硼氮笼状团簇(BN)n(n=4-20)的芳香性问题。计算了无机硼氮笼状团簇笼中心和各环中心的核独立化学位移值,计算所得的结果表明:与无机苯(B3N3H3)相比,除了B12N12是非芳香的以外,其它硼氮笼都是芳香的;在研究的硼氮笼当中,B5N5的芳香性是最强的;硼氮笼中的四元环是芳香的,而且四元环的芳香陛要比六元环的芳香性强得多。考察了一些硼氮单一取代小碳富勒烯Cn(n=20,24,28,32,36,40)的芳香性。计算结果表明:Cn-2BN(n=20,32,36)富勒烯明显是芳香的,而Cn-2BN(n=24,28,40)明显是反芳香的。另外,预测的NICS值对于实验上用这些笼状分子的内包3He核磁共振化学位移来确定这些笼状分子的存在是很有意义的。首次探讨了富勒烯分子Cn(n=28,30,32,34,36)的稳定性和三维芳香性之间的联系。它们的稳定性通过计算它们的总能量可以得到。根据计算它们的笼中心的核独立化学位移(NICS)值,它们的芳香性顺序也可以得到。计算结果表明它们的芳香性和稳定性之间存在紧密地联系。采用密度泛函理论和从头算方法对笼状的砷原子团簇Asn(n=4,8,12,16,20,28,32,36,40)进行了研究。根据计算的各团簇笼中心的核独立化学位移(NICS)值我们可以得到以下结论:Asn(n=4,28,32,36,40)明显比C60还要芳香;As8和As12是反芳香的;而As16和As20是非芳香的。
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