معرفی شاخصهای شانون آروماتیسیتی و الکتروفیلیسیتی نسبی به عنوان دو توصیفگر جدید آروماتیسیته

در بخش اول بر اساس روش پایداری ایزومری و اصل کمینه ی الکتروفیلیستی، شاخصه الکتروفیلیستی نسبی ( ) به عنوان معیار جدید آروماتیسیتی معرفی وسپس شاخصه الکتروفیلیسیتی نسبی با استفاده از تقریب های سهمی ( )، جاناک ( ) و مدل شبه مورس ( ) برای ترکیبات هتروسیکل حلقوی پنج عضوی و ترکیبات پنتا و هپتا فولونی استخلاف دار محاسبه گردید. نتایج نشان می دهد که مقادیر محاسبه شده از معادله شبه مورس تطابق خطی بسیار خوبی با دیگر شاخصه-های آروماتیسیتی داشته و ترتیب آروماتیسیتی این ترکیبات با موفقیت بر اساس اصل کمینه ی الکتروفیلیسیتی پیش بینی می-گردد. بنابراین ادعا می گردد که مقادیرالکتروفیلیستی به دست آمده از تابع شبه مورس نسبت به مقادیر به دست آمده از دیگر روش های تقریبی قابل اطمینان تر هستند. در قسمت بعد بر اساس مفهوم انتروپی شانون در تئوری اطلاعات، یک شاخصه جدید برای تعیین آروماتیسیتی معرفی گردیده است. این شاخصه که بیانگر احتمال توزیع بار الکتریکی در بین اتم های یک حلقه می باشد، آروماتیسیتی شانون نامیده شده است. با استفاده از دو روش mp2 و b3lyp به همراه مجموعه پایه های مختلف، مقدار آروماتیسیتی شانون برای حلقه های هتروسیکل پنج عضوی (c4h4x) محاسبه گردیده است. میان مقادیر به دست آمده از روش sa و دیگر شاخصه های آروماتیسیتی نظیر ase، ? و nics(0) ارتباط خطی خوبی وجود دارد. بر اساس تطابق های خطی در محدوده 005/0 < sa < 003/0 مرز بین آروماتیکی و ضد آروماتیکی انتخاب شد. سپس سطح محاسباتی b3lyp/6-31+g** بعنوان سطح محاسباتی بهینه برای محاسبات بعدی انتخاب گردید. شاخصه آروماتیسیتی شانون برای تعدادی از ترکیبات بنزنی تک استخلافی محاسبه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بر اساس این محاسبات مشخص گردید که بهترین تطابق خطی میان شاخصه آروماتیسیتی شانون و ثابت استخلاف هامت در مقایسه با دیگر شاخصه ها وجود دارد. همچنین این شاخصه جدید در توصیف اثر استخلاف بر روی حلقه های ترایا، پنتا و هپتا فولونی بکار برده شد. این شاخصه به خوبی روند تغییرات میزان آروماتیسیتی را در این ترکیبات فولونی نشان می دهد. از طرفی دامنه تغییرات وسیع آروماتیسیتی این ترکیبات حاکی از حساسیت ساختار الکترونی ? این ترکیبات به استخلاف شدن می باشد. همچنین نشان داده شده است که بهترین ارتباط خطی برای این ترکیبات میان شاخصه sa و شاخصه ساختاری homa وجود دارد. شاخصه sa در ترکیبات غیربنزونوئیدی، پلی آسن های خطی و یا غیرخطی بکار برده شد و نتایج قابل قبولی حاصل گردید و نشان داده شد شاخصه ی sa برای تعیین آروماتیسیتی موضعی حلقه های هیدروکربنی پلی آروماتیک کاملاً مناسب است. در بخش دوم، نشان داده شده است که مقادیر سختی و الکتروفیلیسیتی به دست آمده از محاسبات dft برای الیگومرهای کوتاه زنجیر یک پلیمر هتروسیکل مزدوج به صورت معادله درجه دوم با همین مقادیر به دست آمده از روش نیمه تجربی مطابقت دارد. بنابراین مقادیر سختی و الکتروفیلیسیتی برای همه الیگومرها با استفاده از معادله های درجه دوم به دست آمده پیش بینی گردیده اند. سپس این مقادیر پیش بینی شده با استفاده از یک معادله نمایی به صورت برازش گردیده اند تا مقدار سختی و الکتروفیلیسیتی در حد بینهایت برای هر پلیمر به دست آید. مقادیر گاف نوار به دست آمده برای این پلیمرها در تطابق با نتایج تجربی می باشند. اما به نظر می رسد که به دلیل دامنه تغییرات وسیع مقادیر الکتروفیلیسیتی این کمیت در توصیف اثرات دوپه شدن مناسب تر از سختی باشند. در بخش سوم، برهمکنش میان مولکول فرمالدهید و انواع مختلف نانو ورقه های بور نیتریدی که شامل نانو ورقه بور نیتریدی خالص، دوپه شده با آلومینیوم، نقص دار با حفره ی بور یا نیتروژن، با استفاده از محاسبات dft مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که اگرچه مولکول فرمالدهید هیچ برهمکنش قابل توجهی با ورقه بور نیتریدی خالص ندارد، اما این مولکول بر روی ورقه بور نیتریدی دوپه شده با آلومینیوم و نقص دار با نیتروژن تمایل به جذب شیمیایی با انرژی جذب قابل توجه دارد. همچنین تئوری اتم ها در مولکول برای تجزیه و تحلیل این برهمکنش ها بکار برده شده است و انرژی های تغییر شکل و اتصال نیز بطور مجزا محاسبه شده اند. همچنین بر اساس طیف های dos به دست آمده مشخص می گردد که گاف نوار نانو ورقه ی با حفره ی نیتروژنی به طور موثری به مولکول فرمالدهید حساس است ولی چنین حساسیتی در مورد ورقه های دیگر مشاهده نگردید. بنابراین به نظر می رسدکه نانوورقه با حفره ی نیتروژنی می تواند یک کاندیدای امیدبخش برای آشکارسازی فرمالدهید باشد.