بررسی خصلت آروماتیکی برخی نانوساختارهای کربنی پلی‌سیکلی کاسه‌ای شکل

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی‌فیزیک، دانشکده‌ی شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در دودهه ی اخیر، شاخص جابجایی شیمیایی مستقل هسته ای (NICS) در بسیاری از مقالات برای سنجش میزان آروماتیسیته ترکیبات آلی و معدنی استفاده شده است. در این پژوهش خصلت آروماتیکی، غیر­آروماتیکی و ضد­آروماتیکی در حلقه­های مختلف نانوساختار­های کاسه­ایشکل کورونن[1] (C24H12)، کورانولن[2] (C20H10)، سومانن[3] (C21H12) و سیرکیومتریندن[4] (C36H12) که زیرساخت­های فولرن (C60) می باشند، با استفاده از این شاخص بررسی شده است. ابتدا ساختارها در سطح نظری B3LYP/6-311+G(d,p) بهینه شدند و محاسبات فرکانسی در همین سطح برای اطمینان از رسیدن به ساختارهای صحیح مربوطه، انجام شد. محاسبات NMR در همین سطح برای تعیین تنسورهای پوشیدگی مغناطیسی به منظور محاسبه­ی شاخص آروماتیسیته­ NICS و NICSzz در سطح مولکول و یک آنگستروم بالا و پایین و برای حلقه­های مختلف هر مولکول انجام شد و از آن­ها برای بحث در خصوص آروماتیک، غیرآروماتیک یا ضدآروماتیک بودن موضعی و نیز خصلت آروماتیکی کلی چهار مولکول فوق استفاده شد. نتایج نشان داد به طور کلی مقادیر NICS یا NICSzz مربوط به سطح مقعر نسبت به سطح محدب هر مولکول، منفی­تر می­باشد. میانگین NICSzz برای مولکول­های کورونن، کورانولن، سومانن و سیرکیومتریندن به ترتیب مقادیر 57/21-، 46/7-، 13/16- و 52/0- به­دست ­آمد که نشان می­دهد کورونن و سومانن کاملاً آروماتیک، کورانولن تاحدودی آروماتیک و سیرکیومتریندن غیر آروماتیک می­باشد.

 


[1] Coronene



[2] Corannulene



[3] Sumanene



[4] Circumtrindene

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the aromatic character of some bowl shape polycyclic carbon nanostructures

نویسندگان [English]

  • Adel Reisi-Vanani
  • fatemeh hajizadeh
چکیده [English]

In two recent decades, nucleus independent chemical shift (NICS) criterion was used to gauge the amount of aromaticity of organic and inorganic compounds in a lot of publications. In this study, aromatic, nonaromatic and antiaromatic character in different rings of coronene (C24H12) ,corannulene (C20H10), sumanene (C21H12) and circumtrindene (C36H12) bowl-shaped nanostructures, which are fullerene (C60) substructures was evaluated by this criterion. In the first, structures were optimized at B3LYP/6-311+g(d,p) level of theory and then analytical frequency calculations were done at the same level to ensure achieving the correct structures. NMR calculations were also done at the same level of theory to determine the magnetic shielding tensors in order to calculating NICS and NICSzz at the polygon surface and 1 Å above and below it for different rings of each molecule. These parameters were used to discuss local aromaticity, nonaromaticity and antiaromaticity character and were also used to determining overall aromaticity character of aforesaid four molecules. Results showed that NICS or NICSzz values are more negative for concave face than convex face for each molecule. Average of the NICSzz for coronene, corannulene, sumanene and circumtrindene molecules are equal to -21.57, -7.46, -16.13 and -0.52, respectively, therefore coronene and sumanene are very aromatic, corannulene is slightly aromatic and circumtrindene is nonaromatic.

[1]     H. F-B-Shaidaei, Ch.S. Wannere, C.m. Corminboeuf, R.Puchta, P.v. R. Schleyer, Org. Lett. 5 (2006) 863.
[2]     P. Von Ragué Schleyer, H. Jiao, N. Van Eikema, V. Malkin, O. Malkina, J. Am. Chem. Soc. 119 (1997) 12669.
[3]     L. Andjelković, M. Perić, M. Zlatar, S. Grubišić, M. Gruden-Pavlović, Tetrahedron Lett. 53 (2012) 794.
[4]     Z. Chen, C. S. Wannere, C. Corminboeuf, R. Puchta, P. R. Schleyer, Chem. Rev.-Columbus, 105 (2005) 3842.
[5]     A.R. Katritzky, M. Karelson, S. Sild, T.M. Krygowski, K. Jug, J. Org. Chem. 63 (1998) 5228.
[6]     P.v.R. Schleyer, C. Maerker, A. Dransfeld, H. Jiao, N.J.v.E, J. Am. Chem. Soc. 118 (1996) 6317.
[7]     R. Gershoni-Poranne, C.M. Gibson, P.W. Fowler, A. Stanger, J. Org. Chem. 78 (2013) 7544.
[8]     H. Fokin, J. Am. Chem. Soc. 120 (1998) 9364.
[9]     C. Foroutan-Nejad, Z. Badri, S. Shahbazian, P. Rashidi-Ranjbar, J. Phy. Chem. A. 115 (2011) 12708.
[10]   C. Foroutan-Nejad, S. Shahbazian, P. Rashidi-Ranjbar, Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (2010) 12630.
[11]   A. Stanger, J. Org. Chem. 75 (2010) 2281.
[12]   M.L. McKee, Z.-X. Wang, P.R. v. Schleyer, J. Am. Chem. Soc. 122 (2000) 4781.
[13]   A. Hirsch, Z. Chen, H. Jiao, Angew. Chem. Int. Ed. 39 (2000) 3915.
[14]   D. Sawicka, S. Wilsey, K.N. Houk, J. Am. Chem. Soc.121 (1999) 864.
[15]   P.R. v. Schleyer, J.I. Wu, F.P. Cossio, I. Fernandez, Chem. Soc. Rev. 43 (2014) 4909.
[16]   B. Schleyer, D.V. Simion, T.S. Sorensen, J. Am. Chem. Soc. 122 (2000) 510.
[17]   B.T. Psciuk, R.L. Lord, C.H. Winter, H.B. Schlegel, J. Chem. Theory Comput. 8 (2012) 4950.
[18]   C. Corminboeuf, T. Heine, J. Weber, Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (2003) 246.
[19]   R. Islas, G. Martínez-Guajardo, J.O.C. Jiménez-Halla, M. Solà, G. Merino, J. Chem. Theory Comput. 6 (2010) 1131.
[20]   F. Feixas, E. Matito, J. Poater, M. Solà, J. Phys. Chem. A 111 (2007) 4513.
[21]   J. Poater, M. Sola, R. G. Viglione, R. Zanasi. J. Org. Chem. 69 (2004) 7537.
[22]   S. Pelloni, P. Lazzeretti, J. Phys. Chem. A 117, (2013) 9083.
[23]   Z. Badri, S. Pathak, H. Fliegl, P. Rashidi-Ranjbar, R. Bast, R. Marek, C.Foroutan-Nejad, K. Ruud, J. Chem. Theory Comput. 9 (2013)4789.
[24]   Z. Chen, C.S. Wannere, C. Corminboeuf, R. Puchta, P.v.R. Schleyer, Chem. Rev.-Columbus 105 (2005) 3842.
[25]   C. Foroutan-Nejad, J. Phys. Chem. A 115 (2011)12555.
[26]   A. Stanger, J. Phys.Chem. A 112 (2008) 12849.
[27]   P. Lazzeretti, Phys. Chem. Chem. Phys. 6 (2004) 217.
[28]   S. Pelloni, G. Monaco, P. Lazzeretti, R. Zanasi, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 20666.
[29]   N.S. Mills, K.B. Llagostera, J. Org. Chem. 72 (2007) 9163.
[30]   W.E. Barth, R.G. Lawton, J. Am. Chem. Soc. 88 (1966) 380.
[31]   H. Sakurai, T. Daiko, T. Hirao, Science 301 (2003) 1878.
[32]   L.T. Scott, M.S. Bratcher, S. Hagen, J. Am. Chem. Soc. 118 (1996) 8743.
[33]   M.S. Newman, J. Am. Chem. Soc. 62 (1940) 1683.
[34]   M. Frisch, G. Trucks, H. Schlegel, et al., Gaussian 03, Revision E. 01. Wallingford CT: Gaussian, Inc. (2004).
[35]   A. Frisch, H. Hratchian, R. Dennington, A. Todd, T. Keith, J. Millam, GaussView 5, (2009).
[36]    لیلی رحیمی اهر، زهره رحیمی اهر، دانشگاه سمنان، مجله شیمی کاربردی، سال یازدهم، شماره 40 (1395) ص 23.
[37]    علی عرب ، فریدون گبل، دانشگاه سمنان، مجله شیمی کاربردی، سال دهم، شماره 34 (13۹۴) ص34.
[38]   K. Kavitha, M. Manoharan, P. Venuvanalingam, J. Org. Chem. 70 (2005) 2528.
[39]   T.Lu, F.W.Chen, J. Comput. Chem. 33 (2012) 580.
[40]   D. Sundholm, R.J.F. Berger, H. Fliegl, Phys. Chem. Chem. Phys. 18 (2016) 15934.