环伸缩振动拉曼光谱频率作为芳香性大小判据的理论与实验探索

It is an agelong issue for experimental scientist that the value of aromaticity is directly mensurated using instruments. Up to today, this problem isn't still solved. In this project, the correlation between the degree of the ring stretching vibration raman spectroscopy frequency and the degree of aromaticity will be explored in the group theory and the molecular spectroscopy knowledge. The correlations between the degree of the ring stretching vibration raman spectroscopy frequency and the value of the conjugated energy, and the value of NICS, and the value of HOMA will be studied in these molecule made of the same ring made from the different elements and the different ring made from the same elements which are in ⅢA-ⅤA main group element by theoretical calculation and statistic analysis. The correlation coefficients and quantificational formulas above the mentioned three correlations will be ascertained. The new experimental method directly measured the aromaticity degree will be found, and the new aromaticity index will be built, using the degree of the ring stretching vibration raman spectroscopy frequency. The new method and the new aromaticity index will be used in common aromatic monocycle molecule in experiment. The theoretical reference date on the directly mensurated values of other aromatic molecule will be offered. These theoretical results are of important value in theory and application for the measuring and judging the degree of aromaticity.

寻找芳香性大小的实验判据一直是困扰研究者们的一个老问题，至今没有得到很好的解决办法。本研究从群论及分子光谱知识的理论层面，探讨环伸缩振动拉曼光谱频率大小与分子芳香性大小间的相关性，通过理论计算和统计分析来研究由ⅢA-ⅤA主族元素组成的3-6元环的同环不同元素和同元素不同环芳香性分子体系的A1g（或A1）环伸缩振动拉曼光谱频率大小与共轭能、NICS、HOMA大小间的相关性，并分别确定其间的定量关系，创建直接通过测定物质的A1g或A1环伸缩振动拉曼光谱频率大小来判别物质的芳香度的新方法和新判据，并将其应用于常见的芳香性单环小分子体系加以实践检验，为实验上进一步寻找测定其它芳香性物质芳香性大小有效办法提供可靠的理论和实验参考数据。研究具有很强的理论和应用价值。

寻找芳香性大小的实验判据一直是困扰研究者们的一个老问题，至今没有得到很好的解决。本研究运用群论及分子光谱理论知识，探索了芳香化合物中A1g（或A1或A1'）环伸缩拉曼光谱频率（RSVRSF）大小与芳香性大小的相关性，提出了芳香稳定化能（ASE）计算新方法和判定芳香性大小二维强度概念芳香度（DOA）新概念及其计算方法，运用量子化学和SPSS统计计算程序，对同元素而组成原子数不同平面环、同组成原子数而不同元素平面环、不同卤族元素取代苯及环戊二烯阴离子、半三明治化合物、直线型并苯、石墨烯纳米碎片、石墨烯纳米碎片空洞、D3h挂苯等芳香性体系中A1g（或A1或A1'）RSVRSF大小与对应的芳香性大小判据指标NICS、ASE、DOA数值大小间的相关性进行了理论计算，研究发现所研究体系的A1g（或A1或A1'）RSVRSF大小与NICS、ASE、DOA数值大小间存在显著相关，理论预测RSVRSF可以作为芳香性物质芳香性大小的实验判据。利用Renishaw in Via Raman Microscope (UK)型拉曼光谱仪，在最佳的实验条件下，对苯等21种能在常温常压下稳定存在的芳香化合物的A1g（或A1或A1'）的RSVRSF进行了实验测定，并对实验值测定的RSVRSF与理论计算值的RSVRSF进行了分析对比，发现二者高度一致，定量误差小于3%。分别将实验测定的A1g（或A1）RSVRSF与理论计算所得到的NICS和ASE值进行了相关分析，发现二者显著相关。研究提出了利用实验测定A1g（或A1或A1'）RSVRSF大小来判定芳香性物质大小的新判据：以苯为基准物质，将待测芳香性化合物的实测RSVRSF值与苯的实测RSVRSF值做差得绝对差值，用待测芳香化合物的实测RSVRSF值与苯的实测RSVRSF值做差并与苯的实测RSVRSF值做商得相对差值，用此绝对差值及相对差值大小和符号来判别待测芳香化合物相对于苯的芳香性的强弱大小，若绝对差值和相对差值大于0，则其芳香性大于苯，且其正的差值越大，则其比苯的芳香性越强；若绝对差值和相对差值小于0，则其芳香性小于苯，且其负的差值越大，则其比苯的芳香性越小，若绝对差值和相对差值等于0，则其芳香性与苯相同。