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本研究是利用DFT原理、在B3LYP/6-31G*计算水平上对三氮杂蔻及其衍生物的性质进行了深入的研究。研究共分五部分:第一章对有机光电材料的发展和应用进行了详细的回顾,分析了前人研究的成果,提出了本论文的研究主题。第二章围绕着研究主题,进行了研究理论和计算方法的回顾。在前人的研究基础上,最终选定以三氮杂苞及其衍生物作为研究对象来进行具体的研究,制定了可行性的研究方法和研究方案。第三至五章分别以三氮杂蔻及其衍生物(第三章)、三氮杂醌及其衍生物(第四章)、π-扩展连三吡啶及其衍生物(第五章)为研究对象,进行了几何结构、前线分子轨道分析、分子静电势、原子电荷分布、简缩福井函数,NICS、紫外-可见光谱特性等相关的分析研究。主要研究结果如下:1.三氮杂蔻及其衍生物利用结构优化的相关计算和前线分子轨道理论,对设计的三氮杂蔻环化合物几何结构的合理性进行了分析。计算结果显示,以三氮杂蔻及其衍生物的五个化合物为研究对象,同一化合物中非对称性的三环比较,ESP数值上C>A>B。母体上的取代基的吸电子性越强,分子静电势数值越低。对于三氮杂蔻上碳原子的电荷进行比较,分析后得出,相对于NPA电荷和Mulliken电荷而言,ADCH电荷布居最合理,可以由电荷初步判断三氮杂蔻及其衍生物活性位点的位置。五种三氮杂蔻及其衍生物化合物分子的ABC三种环中三环的NICS(0)值B<A<C。五种化合物的A环都是在距离环中心0.8A处具有最小值;除了化合物2,其他四种化合物的环B在距离环中心0.8A处都具有最小值;化合物1和3的环C在距离环中心1.6A处都具有最小值,化合物2,4和5的环C在距离环中心1.4A处都具有最小值。三氮杂蔻及其衍生物1-5紫外吸收光谱分析得出,最强吸收峰按照化合物2(262.41nm),化合物1(312.91nm),化合物3(345.49nm),化合物4(367.77nm),化合物5(385.57 nm)的顺序依次红移。2.三氮杂酿及其衍生物计算结果表明,结构优化时引入的取代基给醌式结构带来的影响比较小。寇醌及其衍生物的HOMC/LUMO轨道受羰基氧影响较大,取代基贡献都相对较小五种蔻醌化合物的HOMO、LUMO能级间隔均小于3.0 eV,能级顺序为3<5<4<1<2。研究结果表明,不同取代基对三氮杂醌类衍生物的静电势分布影响不同,五种化合物的最小和最大静电势数值如下所述:化合物1(-31.99-45.52)kcal/mol,化合物 2(-34.57-40.27)kcal/mol,化合物 3(-39.43-34.51)kcal/mol,化合物 4(-27.91-60.21)kcal/mol,化合物5(-33.57-42.86)kcal/mol。对同一化合物中的三环进行比较,整体芳香性大小顺序为:4>1>2>5>3每个化合物中环A的环中心的芳香性最强,而且三环的NICS(0)值A<C<B通过芳香性扫描发现,三氮杂醌衍生物1-5的A环都是在距离环中心上下0.8 A处具有NISC最小值,C环都是在距离环中心上下1.0 A处具有NISC最小值用同一种溶剂乙醚,设计的三氮杂醌及其衍生物1-5分子在可见光范围均有较宽而强的吸收。最强吸收峰按照化合物1(345.40nm)、化合物2(360.06nm)、化合物3(378.39nm)、化合物4(345.88nm)、化合物5(416.50nm)的顺序依次红移。取代基吸电了能力越强,紫外吸收波长越红移;溶剂的极性越强,吸光能力越弱3.π-扩展连三吡啶类衍生物化合物2和化合物3中引入了氯基和丁基,三种化合物整体三联吡啶骨架都处在同一平面。化合物1的HOMO-LUMO能隙的理论计算值预测是3.79 eV。化合物3的HOMO-LUMO能隙的理论计算值预测是3.81 eV。化合物2的HOMO-LUMO能隙的理论计算值预测是3.38 eV研究结果表明,不同取代基对π-扩展连三吡啶类衍生物的静电势分布影响不同,三种化合物的最小和最大静电势数值如下所述:化合物1(-74.72-22.20)kcal/mol,化合物2(-70.75-26.85)kcal/mol,化合物3(-74.20-20.37)kcal/mol。化合物整体的电子密度增加时,静电势极大值降低,负静电势的所占面积增加。π-扩展连三吡啶类化合物1的六个环比较,ESP极大值在数值上2>5>4>1>6>3,化合物3的六个六元环的ESP极大值在数值上2>5>4>1>6>3,C原子中C14、C18、C19、C23和C24上的负电荷较多,在C14、C19和C24上方具有静电势极小值,原子电荷和静电势分析得出C14、C18、C19、C23和C24最容易受到亲电试剂的进攻通过比较CFF数值来判断π-扩展三联吡啶衍生物亲电反应的活性位点。研究结果表明,π-扩展三联吡啶衍生物原子上的CFF的f-数值越大,亲电活性越大,三种π-扩展三联吡啶衍生物最易受亲电试剂进攻的是C23原子研究发现,三种π-扩展三联吡啶衍生物都为平面结构,在体系距离环中心上下0.8A处整体芳香性最强,整体芳香性大小顺序为:3>1>2。六种环的环中心的NICS(0)值比较分析结果如下,化合物1和化合物2的NICS(0)在数值上4<3<1<6<5<2,环4的芳香性最强;化合物3的NICS(0)在数值上3<4<1<6<2<5,环3的芳香性最强;π-扩展连三吡啶类化合物1-3分子在较强吸收峰按照化合物1(336.27nm)、化合物3(342.26nm)、化合物2(351.41nm)的顺序依次红移。本研究计算的部分结果和实验值比较接近。第六章归纳了本论文的研究结论、创新点以及对未来研究的展望。最后,期望本论文的研究方法和研究成果,能帮助我们从理论上构建深入分析实验结果、并对新化合物的性质提供一个合理预测方法的研究平台。