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用LOL-π分析展示B3N3六元环的离域π电子和芳香性
——推荐一个普适性的计算化学实验

2023-10-07程学礼赵燕云左健禚林海孙媛媛

大学化学 2023年8期
关键词:结构实验

程学礼,赵燕云,左健,禚林海,孙媛媛

泰山学院化学化工学院,山东 泰安 271000

传统化学实验依赖仪器药品,实验过程中使用的仪器、药品和操作过程存在一系列安全问题;实验可重复性差。选择合适的计算模型和理论方法,给出初猜结构,量子化学计算即可获得所需的物理化学参数,目前已被认为是一种可靠的实验手段,可克服传统实验的缺点,而且实验重复性好。值得一提的是,由于没有直观的可观测量相对应,一些重要的物理量如原子电荷、键级等,只能通过理论计算获得。合理运用理论方法,可以把物理量和化学概念量化,并用图形生动形象地展示出来。Gaussian系列软件是功能强大的量子化学综合计算包,是量子化学计算软件的鼻祖,也是从事量子化学计算的入门软件,目前流行的是Gaussian 09和Gaussian 16各版本。北京师范大学率先在本科生中系统开展计算化学实验[1],并推动计算化学实验逐渐开展和普及起来[2]。近年来,有关计算化学的研究型实验、综合实验和探索性实验不断被设计并应用于教学实践,取得了良好的教学效果[3-5]。

离域π键和π电子特征直接影响体系的芳香性、反应活性和反应位点等诸多性质,对有共轭特征的化学体系,人们往往特别关注其π电子特征。考察π电子特征有很多不同手段,比如计算定域化轨道定位函数(Localized orbital locator,LOL)、电子定域化函数(Electron localization function,ELF)、核独立化学位移和芳香稳定化能。鉴于B3N3六元环的独特结构,本实验用Gaussian 09 (D.01)[6]优化B3N3六元环结构,并用Multiwfn 3.7 (dev)[7]计算并展示其LOL-π填色图。……

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