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由于硼在元素周期表中特殊的位置，其衍生物的化学键性质研究成为热点。羰基硼化合物具有特殊的结构，其潜在的应用价值已引起人们的关注。CH的4∑-激发态与BCO的4∑-基态之间具有等瓣相似性。目前这种相似性已经得到了广泛的应用。原则上一个BCO基团可以代替化合物中的一个CH基团来形成羰基硼化合物。这种相似性关系不仅能够用来解释已知的羰基硼化合物还可以用来预测新的羰基硼化合物。
与closo-BnHn2-等电子的closo-碳硼烷结构是一类被广泛研究的含碳多面体硼簇。人们已经对它们的各种异构体的相对稳定性在不同理论水平上进行了研究。将CH基团与BCO基团之间的这种等瓣相似性进一步应用于碳硼烷将获得一系列的羰基取代硼团簇化合物。
本论文运用高水平密度泛函理论方法对一系列BCO取代化合物的结构、稳定性及芳香性进行了系统的研究，进一步阐明了结构与稳定性之间的关系，以期为实验工作者提供精确的结构数据与理论指导，其主要研究内容及结论如下：
1.closo-BnHn-2(C0)(n=5-12)化合物的结构与稳定性
在B3LYP/6-311+G**理论水平上对与closo-C2Bn-2Hn等价的closo-BnHn-2(CO)2(n=5-12)团簇的结构与稳定性进行了研究。除n=6外，其余closo-BnHn-2(CO)2最稳定构型的能量顺序及几何模式均与closo-C2Bn-2Hn一致。Closo-BnHn-2(CO)2结构比其对应的closo-C2Bn-2Hn相似物具有更小的应力。能量分析证实1，2-B6H4(CO)2，1，10-B10H8(CO)2和1，12-B12H10(CO)2具有更大的相对稳定性，后两者已由实验制备，其结构与计算预测结果吻合。负的NICS值说明closo-BnHn-2(CO)2具有芳香性，这与closo-C2Bn-2Hn结构是一致的。为了有助于实验研究，计算了C-O振动频率。
2.closo-BnHn-3(CO)3+(n=5-12)化合物的结构与芳香性
在B3LYP密度泛函理论水平上对与closo-C3Bn-3Hn+等价的三取代羰基closo-硼烷团簇正离子BnHn-3(CO)3+(n=5-12)的结构与稳定性进行了研究。得到了各团簇的最稳定异构体。除n=8和10外，closo-BnHn-3(CO)3+团簇最稳定异构体的结构模式与相应的closo-C3Bn-3Hn+一致。能量分析表明，closo-B6H3(CO)3+，closo-B10H7(CO)3+和closo-B12H9(CO)3+具有更大的相对稳定性。Closo-BnHn-3(CO)3+结构比其对应的closo-C3Bn-3Hn+相似物具有更小的应力。负的NICS值说明closo-BnHn-3(CO)3+团簇具有芳香性。
3.closo-BnHn-1CO-(n=5-12)化合物的结构与稳定性
对与单取代羰基closo-硼烷团簇负离子CBn-1Hn-等价的closo-BnHn-1CO-(n=5-12)在B3LYP/6-311+G**理论水平上进行了研究，得到了各团簇的最稳定异构体。研究结果表明，所有closo-BnHn-1CO-团簇最稳定异构体的结构模式与相应的closo-CBn-1Hn-一致。Closo-BnHn-1CO-结构比其对应的closo-CBn-1Hn-相似物具有更小的应力。Closo-B6H5CO-，closo-B10H9CO-和closo-B12H11CO-具有更大的相对稳定性。负的NICS值说明closo-BnHn-1CO-团簇结构具有芳香性。同时还对closo-BnHn-1CO-和closo-BnHn-2(CO)2结构进行了比较。
4.closo-BnHn-x-/0/+(n=5-12)化合物的结构与稳定性
在B3LYP/6-311+G**理论水平上对一系列closo-BnHn-1-，closo-BnHn-2和closo-BnHn-3+(n=5-12)团簇的结构及稳定性进行了研究。发现B5H4-，B5H3，B5H2+和B6H3+结构不再保持closo-的笼状结构，发生破裂。其余结构均保持与closo-BnHn2-一致的结构模式。能量分析表明，对于closo-BnHn-1-，closo-BnHn-2和closo-BnHn-3+，n=7和9，n=7和11以及n=6，8和10分别是最稳定的异构体。同时计算了closo-BnHn-1CO-，closo-BnHn-2(CO)2和closo-BnHn-3(CO)3+(n=5-12)团簇最稳定构型的CO亲和势。
5.单环(BCO)n(CH)m-n-/0/+2+(m=3-7)化合物的结构与稳定性
在B3LYP密度泛函理论水平上对一系列(BCO)n(CH)3-n+(n=1-3)，(BCO)n(CH)4-n2+(n=1-4)，(BCO)n(CH)5-n-(n=1-5)，(BCO)n(CH)6-n(n=1-6)及(BCO)n(CH)7-n+(n=1-7)团簇的结构与稳定性进行了研究，得到了各个团簇最稳定异构体。所有最稳定构型的CO结合能是负的，表明了BCO取代物种的稳定性。BCO取代结构与相应的碳氢团簇物种之间的应力能差值均为放热表明BCO取代结构具有更小的应力。负的NICS值表明这些BCO取代团簇是具有芳香性的化合物，这与相应的碳氢化合物是一致的。