稠环芳烃芳香性及其失共轭研究

来源 :第十四届全国太阳能光化学与光催化学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zxjxz33371
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  目前,人们赖以生存的空气、土壤甚至水和食物中都存在着大量稠环芳烃,而且在重质油、沥青、油砂和煤等分子结构中也都包含有稠环芳烃.稠环芳烃由于分子中离域π键的存在,其分子的共轭性非常好,分子非常稳定,分子结构很难被破坏,具有难氧化、难加成、易发生亲电取代反应的特性.近一个世纪以来,科研工作者们一方面从稠环芳烃产生的源头着手,寻找减少稠环芳烃产生的方法;另一方面从稠环芳烃的化学本性出发,寻找破坏稠环芳烃化学结构的方法,探索稠环芳烃结构与其离域性的关系,找到打开稠环芳烃结构或者破坏其共轭性和稳定性的方法.本文采用量子化学计算方法对不同环数,不同缩合方式的稠环芳烃加氢反应活性、分子的共轭性及其失共轭作用进行了探索.结果表明:基态时,渺位缩合稠环芳烃的加氢反应最高活性碳位出现在内侧芳环的外碳位置上;而迫位缩合稠环芳烃的加氢反应最高活性碳位出现在外侧芳环的外碳位置上.处于低能激发态时,大多数渺位缩合、迫位缩合稠环芳烃的加氢反应最高活性碳位与基态是重合的,部分稠环芳烃的最高活性碳位会发生转移;对于稠环芳烃的基本结构单元-苯分子的计算结果显示,其基态ATI 芳香指标值为0.0723,第一激发态的为-0.0021,基态和一对简并态(第三激发态S3 和第四激发态S4)的混合态的ATI 值为0.0006,接近于0,说明处于该态时,分子为失共轭的态.进一步研究发现,所有稠环芳烃处于基态时,外部环的芳香共轭性大于内部芳环的芳香共轭性.对处于激发态的渺位缩合的稠环芳烃研究发现,与基态相比,稠环芳烃分子中对称性独立的芳环的芳香共轭性均减小;而处于激发态的迫位缩合的稠环芳烃与基态相比,外部芳环的芳香共轭性均减小,但是内环的芳香共轭性却会成倍增长.因此对于稠环芳烃,可以通过激光脉冲找到ATI 芳香性值接近于0 的混合态(基态+激发态),就可找到稠环芳烃失共轭的态,从而降低稠环芳烃的稳定性.这对于提高轻质油产率和降低稠环芳烃的致癌性都有重要的意义.
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