富勒烯和异质富勒烯的芳香性及其动力学稳定性研究

Many experimental theoretical studies have shown that non-isolated pentagon rule (IPR) structures fullerenes are ordinarily unstable. However, many of the non-IPR fullerenes could be energetically stabilized by using either endohedral encapsulation of metal clusters or exohedral adducts. In this work, we aim to determine the kinetic stability of non-IPR fullerenes C72 (20 isomers), C74(20 isomers) and those with all pentalene sites substituted by nitrogen atoms by means of the bond resonanse energy (BRE) model. The stabilization of the fullerenes #864-C56Cl12,#4169-C66Cl6, #39663-C82,#51365-C84,#11188-C72Cl4 ,#23863-C78Cl8,. #1911-C64，#3451-C64, #3452-C64 and #3457-C64 will be studied. Moreover, the aromaticity of C (n=0,2+,2-) isomers and their derivatives（C30N6,C30B6,C24N12 and C24B12）will be analysed by the topological resonance energy (TRE) and BRE models ,and compared with NICS values. Finally, the essential stabilizing conditions of these isomers will be discussed and some important directions on the experiment will be provided.

本项目用键共振能（bond resonance energy,BRE）方法对不符合IPR规则的富勒烯C72(有20种异构体)和C74(20种异构体)和它们'戊搭烯'子结构被氮原子取代后形成的化合物的动力学稳定性进行研究。对富勒烯#864-C56Cl12,#4169-C66Cl6, #39663-C82,#51365-C84,#11188-C72Cl4，#23863-C78Cl8, #1911-C64，#3451-C64,#3452-C64 .和 #3457-C64的形成进行解释。另外，用拓扑共振能(TRE)和BRE方法对异质富勒烯C (n=0,2+,2-)以及它们的硼和氮衍生物（C30N6,C30B6,C24N12和C24B12）分子离子的芳香性和动力学稳定进行研究并与核独立化学位移（NICS）值进行比较。最后，研究这些化合物稳定化的基本条件，并对它们的合成可能性提供重要理论依据。

依照申请书的研究内容和计划，开展了相关的研究，基本上完成了预定的研究任.务。我们的成果有以下几个方面。.1） 我们用拓扑共振能(TRE)和百分拓扑共振能(%TRE)方法对富勒烯对由C36（D6h）产生异质富勒烯C30X6 和C24X12 (X=B, N)，由C24产生异质富勒烯C24-2nBnNn (n = 3 或 6) 和 C12N12，由C28(Td)产生的C26BN的37种异构体，富勒烯C38的17种异构体，由富勒烯C38 (C2)产生的富勒烯氢化物C38H2(349种异构体).以及由C24产生的173种经典富勒烯和非经典富勒烯的全局芳香性进行了研究。研究了杂原子取代位置与它们芳香性之间的关系。并我们得到的结果与芳香性的其它判据结果，如：磁性判据(NICS)和几何判据（HOMA)结果进行了比较。用键共振能(BRE)方法对它们的局部芳香性进行了预测。.2）我们用最小键共振能(minimum BRE, min-BRE)方法对由富勒烯C60 (Ih)产生的异质富勒烯C59Si(1种异构体)和C58Si2（23种异构体）的中性状态以及其从-1价到-6价状态的动力学稳定性进行了研究。.3）用min-BRE值方法对不符合IPR规则的富勒烯C74(有20种异构体)，C76(有10种异构体)，C80(有10种异构体)，C82(有10种异构体)，C84(有10种异构体)，C86(有10种异构体)，C88(有10种异构体) C90(有10种异构体)，C92(有10种异构体)，C94(有10种异构体)，C96(有10种异构体)和C98(有10种异构体)的动力学稳定性进行了研究。.项目组四年中完成研究论文11篇，其中SCI收录杂志上10篇，国际性杂志上10篇，1篇在国内杂志上。四年中共有6名硕士研究生毕业，现有在读硕士研究生3其中两名硕士研究生将于2017年毕业。