理論および計算科学ジャーナル
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概要

フラーレン-C60とニトロンの1,3-双極子[3 + 2]環化付加反応の計算研究

リチャード・ティア、ジェイコブ・アメヴォー、エヴァンス・アデイ

フラーレン-C60 の溶解性は官能基化によって向上します。フラーレン官能基化の多目的方法である、フラーレン-C60 と置換ニトロンとの 1,3-双極子 [3+2]-付加環化反応を MO6/6-31G*//PM3 理論レベルで調査し、電子放出置換基 (-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、C6H5CH2) および電子吸引置換基 (-F、-Cl、-Br、-NC、および -NO2) が反応のエネルギーに与える影響、ニトロンのモノおよびビス付加の位置選択性および立体選択性、および化学反応性と部位選択性を合理化および予測するための分子システムの全体的な反応性記述子を明らかにしました。結果は、ニトロンの電子吸引基が反応の活性化障壁を増大させるのに対し、電子供与基が活性化障壁を低下させることを示しています。しかし、ニトロン上の電子吸引基は、電子供与基と比較してより安定した生成物をもたらす。ニトロン上の電子供与置換基との反応は、C60 を双極子親和性基、置換ニトロンを双極子とする通常の電子要求反応であるのに対し、ニトロン上の電子吸引置換基との反応は逆電子要求反応であることがわかった。化学硬度値は、ニトロン上の電子吸引置換基との付加物ではより大きな正の値を示し、ニトロン上の電子供与置換基との付加物ではより小さな負の値を示しており、ニトロン上の電子吸引置換基との反応ではより大きな活性化障壁が伴い、電子供与置換基では活性化障壁が低くなる傾向を裏付けている。2 回目のニトロン付加 (ビス付加物形成) の活性化障壁は、1 回目のニトロン付加 (モノ付加物形成) の障壁よりも低いことがわかった。立体化学的には、シンビス付加はアンチビス付加よりも熱力学的および速度論的に安定していることがわかりました。電子供与性置換基と電子吸引性置換基は、反応のエネルギーに顕著な影響を及ぼします。