激发态芳香性的表征新方法及其在环烯烃中的应用

Excited state aromaticity as a means to characterize matter has long draw chemists’ attention. However, compared with the great success in the aromatic characterization of ground state properties, due to the very unstable excitation state and the imperfect theoretical and experimental techniques at this stage, So far there is no universal research means to characterize the excited state aromaticity. This project intends to establish a universal theory of excited state aromatic characterization research methods. As an application research, we will take the triplet excited state of Cycloolefins as an example to calculate the extra cyclic resonance energy (ECRE), then the triplet excited state aromaticity will be also characterized. It is expected that this project will provide a reliable theoretical research tool for the further study of the excited state aromaticity, especially the excited state.

激发态芳香性作为一种物质特性的表征手段，长期以来备受化学家们关注。然而与芳香性对基态性质的表征上获得的巨大成功相比，由于激发态十分不稳定以及现阶段理论手段和实验测定技术的不完善，迄今为止还没有一套具有普适性的研究手段可以对激发态芳香性进行表征。本项目拟建立一套具有普适性的激发态芳香性表征的理论研究方法。作为应用研究，我们将以环烯烃的三重激发态为例，用多态密度泛函理论局域化分块的方法计算额外环共振能（ECRE)，进而对三重激发态芳香性进行表征。期待本项目的开展能为激发态芳香性特别是对激发态的深入研究提供一套可靠的理论研究工具。

芳香性的概念不仅可以加深和扩展我们对基本化学概念的认知，同时也可以帮助我们设计很多新的物质以及发现很多新的物性。激发态芳香性作为一种物质特性的表征手段，长期以来备受化学家们关注。然而与芳香性对基态性质的表征上获得的巨大成功相比，由于激发态十分不稳定以及现阶段理论手段和实验测定技术的不完善，迄今为止还没有一套具有普适性的研究手段可以对激发态芳香性进行表征。因此，现阶段发展一套具有普适性的激发态芳香性表征手段，无论对于芳香性的研究还是对于激发态的研究，都是亟待解决的一个关键科学问题。. 先用多态密度泛函理论方法计算环丁二烯和1,3丁二烯最稳态的能量。最终求得环丁二烯的额外环共振能。计算了苯并乙烯的基态和激发态芳香性。计算结果表明苯并乙烯的苯在基态是芳香性的，在三重激发态是反芳香性的。然而苯并乙烯的乙烯在基态是反芳香性的，在三重激发态是芳香性的。同时也计算了其异构化稳定化能，这个值对于评价基态和三重激发态的稳定性很有意义。也计算了其感应电流的各向异性。. 由18个π电子的四吡咯环大环卟啉由于在材料科学和医学等领域的广泛应用而吸引了科学家的广泛关注。卟啉具有由四个修饰的吡咯亚基组成的高度共轭的大环。文献报道三噻吩经常作为取代基取代卟啉中的吡咯环。此外，二噻吩并噻吩是富电子的刚性片段是电子和光电子中经常使用的材料。因此我们的工作中用三噻吩和二噻吩并噻吩作为取代基设计了三个大环分子。另外我们也从其它文献中发现，如果用N取代吡咯上的NH,下面的噻吩就是反转的，如果用S取代吡咯上的NH,下面的噻吩就是正常的结构，因此设计了八个大环分子。这些分子的吸收光谱都在可见光区。这些大环卟啉化合物在芳香性、光物理化学性质等方面都存在一些不同。我们的理论研究对设计新型材料提供了新思路。