研究纳米石墨烯芳香性的计算研究(C80H30.)已经确定了最有效的π电子离域电路。最受欢迎的路径包含50和75 π电子,第一个遵循Hückel的规则,后者不遵守任何已知的芳香性要求。1

在纳米石墨烯的pmpmp异构体中显示电流密度的流线表示的图像

来源:©Miquel Solà/Universitat de Girona

中电流密度的流线表示PMPMPC的-异构体80H30.nanographene

芳香性在有机化学中被广泛用于探索分子的电子特性,通常与Hückel规则有关。根据这个规则,如果一个分子是环状的、共轭的、平面的,并且有4n+2个π电子,那么它一定是芳香分子。然而芳香的概念很难描述。“有人说芳香就像美,人们知道某样东西美不美,但你无法定义它,”他说Miquel苍井空他来自西班牙赫罗纳大学。

虽然Hückel的规则可以表明苯等单环体系中的芳香族行为,但它不适用于芘等多环体系。作为这一规则的扩展,Clar的六体模型提供了关于分子中发现的局部和全局芳香性的信息,表明了反应性最强的区域。然而,Solà解释说:“在某些情况下,尚不清楚哪种电路可以更好地实现π电子离域。”

这使得Solà和他的团队研究了纳米石墨烯中的缺陷(以五元环和七元环的形式)如何影响系统内电路的局部和全局芳香度。衡量芳香性程度的关键指标是芳香性涨落指数(FLU)、芳香性谐振子模型(HOMA)、离域键电子密度(EDDB)和包括磁感应电流的量规(GIMIC)方法。使用FLU时,该值越接近0,回路中的芳香性水平越高。对于HOMA,其值越接近1,芳香性越高。在EDDB方面,芳香度是根据共轭键之间的电子离域来测量的2GIMIC用于确定分子中是否存在环电流,这是芳香性的一个关键特征。3.

显示芳香族化合物的图像

来源:©Miquel Solà/Universitat de Girona

不同芳香度指数的分析表明,包括外六边形的扩展π电路是最有利于π电子离域的非平面(上)和平面(下)电路。PMPMPC的-对映体80H30.nanographene

FLU和HOMA结果表明,50 π电子电路是π电子离域最有利的路径,而EDDB和GIMIC则有利于75 π电子电路。

平面和非平面纳米石墨烯都显示了这一趋势,首次证明了在具有奇数个电子的非平面结构中扩展芳香电路是可能的。哈利安德森他在英国牛津大学研究π共轭体系中的芳香性,评论说:“令人惊讶的是,其中一个电路具有奇数个电子,而且两个电路都涉及交叉共轭路径(即它们没有交替单键和双键)。”这项研究将激发人们探索奇数电子分子的芳香性。”

通常采用GIMIC方法来表示芳香性,这使得Solà和他的同事得出结论,75 π电子电路是纳米石墨烯情况下最有利的电路。该回路可能主要具有全局芳香性,但需要进一步的工作来证实这一点。该团队还计划在这项工作的基础上,分析“其他含有缺陷的大环纳米石墨烯……看看这是该系统的特殊情况,还是(在大环中)更普遍的情况。”