フラーレン分子の安定性と反応性に関する理論的研究

富勒烯分子稳定性和反应活性的理论研究

基本信息

批准号：
07213215
负责人：
相原惇一
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

1.1994年に結合共鳴エネルギー(Bond Resonance Energy,BRE)という指数を提案し、これをもとにしてC70までのフラーレン分子に対してlsolated Pentagon Rule(lPR)が成り立つことを証明した。今年度はやはりBREを用いて、それより大きなフラーレン分子でもlPRが成り立つことを示した。C84のlPRを満足するすべての異性体と比較的安定なlPRを満足しない異性体についてBREを計算し、C84の単離できない異性体の不安定性が主として2つの5員環に共有されたπ結合の不安定性に帰せられることを明らかにした。2.フラーレン骨格に4員環を2個導入すると、5員環が4個減り6員環が2個増えるので、比較的小さなフラーレン分子でもlPRを満足する異性体を作ることができる。このようなつフラーレンでは、BREが大きな負の値となる不安定なπ結合は少なく、C48(D4d)やC56(C2v)のような異性体は単離できる程度の安定性をもつと予想される。3.π電子が円筒を一周するとその位相が2πだけ変わるような、仮想的なカーボン・ナノチューブを考案し、そのπ電子エネルギー準位を求める公式を導いた。この公式を用いて、そのエネルギー構造を調べたところ、この種の構造のカーボン・ナノチューブの炭素原子1個当たりのπ結合エネルギーは、グラファイトの炭素原子1個当たりのπ結合エネルギーにきわめて近いことがわかった。4.現実のカーボン・ナノチューブの両端はキャップで被われている。キャップを構成している炭素原子の局在化エネルギーは小さく、その部分の反応性が大きいという実験事実と矛盾しない。

1. 1994年，我们提出了一个称为键合共振能量（BRE）的指数，并据此证明了孤立五边形规则（lPR）对于C70以下的富勒烯分子都成立。今年，我们再次使用 BRE 证明即使对于较大的富勒烯分子，lPR 也适用。我们计算了C84的所有满足lPR的异构体和不满足相对稳定的lPR的异构体的BRE，发现C84的非分离异构体的不稳定性主要是由于两个5-之间共享的π键据透露，这是由于成员环的不稳定性。 2.当富勒烯骨架中引入两个4元环时，5元环的数量减少4个，6元环的数量增加2个。因此，即使相对较小的富勒烯分子也可以产生满足lPR的异构体。在此类富勒烯中，很少有不稳定的 π 键导致 BRE 值较大，并且异构体如 C48 (D4d) 和 C56 (C2v) 预计足够稳定以进行分离。 3.他设计了一种假想的碳纳米管，其中π电子绕圆柱体旋转时相位变化2π，并推导出计算其π电子能级的公式。利用这个公式，我们研究了它的能量结构，发现具有这种结构的碳纳米管每个碳原子的π键能与所理解的石墨每个碳原子的π键能非常接近。 4.真正的碳纳米管两端都盖有帽子。构成帽的碳原子的局域能较小，与该部分的反应性较大的实验事实一致。