杨雨沁

摘要：本文通过密度泛函理论研究了不同双键个数的烯烃化合物的分子结构、电子结构、紫外可见光谱等性质进行了研究，从理论的角度解释了不同烯烃在实验表现中的本质因素。

Abstract： This paper studies the molecular structure， electronic structure and ultraviolet-visible spectrum of olefin compounds with different numbers of double bonds through density functional theory， and explains the essential factors of different olefins in experimental performance from a theoretical perspective.

关键词：烯烃化合物;双键数量;密度泛函理论

Key words： olefin compounds;number of double bonds;density functional theory

中图分类号：O623.123                                     文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）03-0256-03

0  引言

我们常说，物质决定性质，性质决定用途。结构是微观的，性质是宏观的，宏观世界是微观的集合体现[1，2]。

结构影响着物质的种类。相同的元素，因为结构的不同，可能形成截然不同的物质。最简单的例子就是金刚石和石墨，他们的分子组成都是四个碳原子，但由于原子排列结构不同，化学和物理性质却有着千壤之别，一个是世界上最硬、最耐高温、最耐磨的物质，一个则是片状、较软，用手就能揉捏碎的物质。因为任何一种物质都不是简单的平面结构的，而是一种空间立体的存在，结构就是物质基础的微粒的结合方式。不同堆积方式或者某一种特定的堆积方式形成了不同的结构，不同的物质。

结构影响着物质的反应活性。例如，同是羟基（-OH），连在烷基上就是醇，没有酸性，而连在苯环上就是酚，展现出了酸性。再如能发生加成反应的就含有双键，能酯化反应的就存在羟基（-OH）或者羧基（-COOH）。

结构影响着物质的颜色[3-5]。在人们日常的生活中，颜色起到了十分重要的作用。其在审美和实用方面起到的作用及重要性可谓平分秋色。人们为了充分利用颜色的审美及实用的功效，一直都在研究如何才能赋予物体最适合它的颜色。在审美上，人们寻找着各种美轮美奂的颜色搭配来满足人们无论是在衣着还是住行上的视觉盛宴。而在实用上，它起着更重要一些的作用。早在七千多年前，在河南渑池的仰韶村便出现了彩陶，一种在打磨光滑的橙红色底胚上使用天然矿物进行描绘，多以赭石和氧化锰用作上色的主要物质，然后进行烧制。因上色的步骤在烧窑之前进行，所以上过的颜色不容易脱落，而在近现代人们开始关注一些更加贴近生活的用途。经过更深的学习，便会知道，每个颜色的光都有自己一定的波长，物质显色是因为它吸收了一定频率的光，而物质能吸收什么频率的光也与它的内部结构有一定的关系。所以说，物质结构是影响其显色的内因，它的结构还会影响它对光的反射和透射。对所有光吸收时，则显现黑色，对所有光反射时，则显现白色。又例如在太阳直射光下显现出红色的物体，是因为较多吸收了太阳光中的蓝绿光，若改用青色光照在这个物体上，综合了蓝绿色的青色光会被几乎全部吸收，所以这个物体就会呈现出黑色。生活中有很多可以变色的东西，比如在舞会里使用的变色灯便是应用了这个原理制造出来的。物质的结构不同又和吸收的光波和显色有什么关系？每个物质里都有不计其数且一直处于运动状态的分子，分子内部的运动又包括一些离子的成键断键，原子核震动和自己的旋转，从而会表现出一些分子能量，也就是它的内能。其间，一些分子受到外界因素的影响，改变了自己的内能。改变自己内能的过程叫做“激发”，分子在一般的情况下处于称作做“基态”的最低能量状态，处于基态的分子与其高一级的分子间能量的差距叫做“能级”差。

在本文中，我们以有机化合物中的共轭双键为研究对象，采用密度泛函理论，对分别含有一到五个双键的乙烯到辛五烯五个直链分子的结构进行优化，并对分子结构、电子结构和紫外可见光谱等性质进行研究，旨在从理论的角度讨论有机物的分子结构与性质色的关系，得到一些非定量的有规律的结论。

1  研究方法

在我们的工作中，采用高斯03软件包结合DFT-B3LYP/6-31G的方法对所研究化合物进行结构优化，并通过B3LYP/6-31G、BMK/6-31G等方法对目标化合物的分子结构、电子结构、红外光谱和紫外可见光谱展开研究。

2  结果与讨论

2.1 分子结构

结构决定性质，化合物的分子结构和性质有着密切的联系。分子结构的变化会直接影响化合物对光的吸收、反射或透射，化合物所呈现的颜色便会随之发生改变。因此，研究目标化合物的结构是是十分必要的。在本节中，我们选取了分别含有一到五个双键的乙烯到辛五烯的五个直链分子（乙烯、丁二烯、己三烯、庚四烯和辛五烯）。图1列出了所研究分子在B3LYP/6-31G水平下的优化结构及其骨架上的C-C和C=C键键长 。我们发现，五个分子均为直线型平面分子。由图1可见，随着双键数目的增多，分子中双键的键长有着轻微的增大，而单键的键长呈现相反的趋势，也就是说，随着双键数目的增多，分子骨架中的C-C键和C=C键键长趋于平均，形成离域的π键，这意味着，这些化合物随着碳链的增长π键电子数目增加，电子激发的容易程度也进一步增加。