平面五配位和六配位碳化合物的理論設計.pdf

1、隨著量子化學計算方法的迅速發(fā)展，化學家們開始探索非經典成鍵結構，其中的平面碳化學開辟了碳化學的一個新方向。進入新世紀的十余年來，經過研究人員的不斷探索，平面碳化學已經從平面四配位碳(planar tetracoordinate Carbon(ptC))擴展到平面五配位碳(planar pentacoordinate Carbon(ppC))和平面六配位碳(planarhexacoordinate Carbon(phC))以及平面多配位的

2、其他主族元素（如N，O，Si等）和過渡金屬元素（如Ag，Au，Co，Ru，Cd，Hg等）體系。為了拓展這一課題的研究廣度和深度，人們試圖發(fā)現(xiàn)更多的穩(wěn)定平面多配位體系，而這些體系往往是勢能面上的全局極小值點，即全局極小分子。本論文中，我們采用量子化學從頭算(ab initio)方法，運用等價電子體原理，較為系統(tǒng)地研究了平面五配位碳(ppC)和平面六配位碳(phC)體系，設計出了新的ppC和phC全局極小分子，初步探究了CB3X2q體系，進

3、一步豐富了平面化學的內容。全文共分為五章:
　　第一章，介紹了平面碳化學的發(fā)展、現(xiàn)狀及本論文的主要研究內容。
　　第二章，介紹了設計平面碳化合物分子的理論基礎和計算方法。
　　第三章，我們以phC分子CB62-為起點，通過等價電子替換的方式設計了phC分子D3hCO3Li3+、CN3Be3+和C4B3+并研究了它們的結構和穩(wěn)定性。結果表明phC結構的D3h C4B3+是一個高能異構體無法而被實驗實現(xiàn);CO3Li3+可以

4、作為熱力學穩(wěn)定的（全局極小分子）phC分子被試驗檢測到;雖然phC結構的D3h CN3Be3+不是全局極小分子（能量高6.1 kcal/mol），但從頭算分子動力學模擬和開環(huán)異構化反應研究表明它可以作為動力學穩(wěn)定的平面六配位碳分子被試驗檢測到。
　　第四章，我們同樣通過等價電子原理，以全局極小ppC分子CAl5+為起點，以二價陰離子型分子為目標設計了ppC分子CAl2Be32-以及鹽化合物LiCAl2Be3-。勢能面分析表明，含有

5、ppC的CAl2Be32-和LiCAl2Be3-是勢能面上的全局極小結構。與CAl2Be32-相比，LiCAl2Be3-的ppC核心的結合與電子結構并沒有明顯變化，但分子的穩(wěn)定性卻得到了很大的提高。所以在實驗上，CAl2Be32-更容易以其鹽的的形式實現(xiàn)。
　　第五章，我們基于對構建超芳烴(Hyperene) ppC分子家族的結構單元的重新理解，系統(tǒng)的設計了新的超芳烴家族CB3X2q（q=±1）分子，我們發(fā)現(xiàn)元素周期表中的大部分主