Aromaticity Study of Benzene-Fused Fulvene Derivatives Using the Information-Theoretic Approach in Density Functional Reactivity Theory

Donghai. YU Chunying. RONG Tian. LU PROFT Frank. DE Shubin. LIU

Citation:  YU Donghai., RONG Chunying., LU Tian., DE PROFT Frank., LIU Shubin.. Aromaticity Study of Benzene-Fused Fulvene Derivatives Using the Information-Theoretic Approach in Density Functional Reactivity Theory[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2018, 34(6): 639-649. doi: 10.3866/PKU.WHXB201710231 shu

运用密度泛函活性理论的信息论方法研究苯并富烯衍生物的芳香性

    通讯作者: 荣春英, rongchunying@aliyun.com
    DEPROFTFrank., fdeprof@vub.ac.be
    刘述斌, shubin@email.unc.edu
摘要: 文献中已有越来越多的芳香性体系被发现,同时也有越来越多的芳香性指标被提出来,但是如何解释芳香化合物稳定性的起源以及理解芳香性的本质仍然是当今理论化学中一个悬而未决的难题。运用我们新近提出的密度泛函活性理论信息论方法,不久前我们曾对一系列富烯衍生物进行了系统研究并得到了一个全新的认识。本文进一步探讨苯并富烯衍生物的芳香性行为,目的在于考察一个或多个苯环与富烯连接之后其芳香性发生变化的情况。运用香农熵,费舍尔信息,Ghosh-Berkowitz-Parr熵,Onicescu信息能,信息增益,以及相对Rényi熵六个信息量,和四种芳香指标,ASE,HOMA,FLU和NICS,我们系统地研究了信息量和芳香性指标在单、双、三苯并富烯衍生物中的相关性。我们发现,不管是否有苯环与富烯相连,芳香指标和信息量的交叉相关性都是一样的。这表明,虽然苯环本身具有芳香性,但苯环与富烯相连并不能改变富烯的芳香性与反芳香性本质。苯并富烯衍生物与富烯衍生物的芳香性和反芳香性一致。苯并富烯衍生物的芳香性和反芳香性完全取决于富烯本身的芳香性和反芳香性。这些结果为认识和理解复杂体系芳香性和反芳香性起源和本质将提供有益的启示。

English

    1. [1]

      Solà, M. Front. Chem. 2017, 5, 1. doi: 10.3389/fchem.2017.00022

    2. [2]

      Herndon, W. C.; Mills, N. S. J. Org. Chem. 2005, 70, 8492. doi: 10.1021/jo051289b

    3. [3]

      Skov, A. B.; Broman, S. L.; Gertsen, A. S.; Elm, J.; Jevric, M.; Cacciarini, M.; Kadziola, A.; Mikkelsen, K. V.; Nielsen, M. B. Chem. -Eur. J. 2016, 22, 14567. doi: 10.1002/chem.201601190

    4. [4]

      Aihara, J. -I. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2873. doi: 10.1021/ja056430c

    5. [5]

      Cyrański, M. K. Chem. Rev. 2005, 105, 3773. doi: 10.1021/cr0300845

    6. [6]

      Feixas, F.; Matito, E.; Poater, J.; Solà, M. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6434. doi: 10.1039/C5CS00066A

    7. [7]

      Sumita, A.; Gasonoo, M.; Boblak, K. J.; Ohwada, T.; Klumpp, D. A. Chem. -Eur. J. 2017, 23, 2566. doi: 10.1002/chem.201606036

    8. [8]

      Szczepanik, D. W.; Solà, M.; Andrzejak, M.; Pawełek, B.; Dominikowska, J.; Kukułka, M.; Dyduch, K.; Krygowski, T. M.; Szatylowicz, H. J. Comput. Chem. 2017, 38, 1640. doi: 10.1002/jcc.24805

    9. [9]

      Liu, J. Z.; Ma, J.; Zhang, K.; Ravat, P.; Machata, P.; Avdoshenko, S.; Hennersdorf, F.; Komber, H.; Pisula, W.; Weigand, J. J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 7513. doi: 10.1021/jacs.7b01619

    10. [10]

      Yoon, Z. S.; Osuka, A.; Kim, D. Nat. Chem. 2009, 1, 113. doi: 10.1038/nchem.172

    11. [11]

      Frederickson, C. K.; Zakharov, L. N.; Haley, M. M. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 16827. doi: 10.1021/jacs.6b11397

    12. [12]

      Boldyrev, A. I.; Popov, I. A.; Starikova, A. A.; Steglenko, D. V. Chem. -Eur. J. 2017. doi: 10.1002/chem.201702035

    13. [13]

      Marcos, E.; Anglada, J. M.; Torrent-Sucarrat, M. J. Org. Chem. 2014, 79, 5036. doi: 10.1021/jo500569p

    14. [14]

      Stępień, M.; Latos-Grażyński, L.; Sprutta, N.; Chwalisz, P.; Szterenberg, L. Angew. Chem. 2007, 119, 8015. doi: 10.1002/ange.200700555

    15. [15]

      Szyszko, B.; Sprutta, N.; Chwalisz, P.; Stępień, M.; Latos-Grażyński, L. Chem. -Eur. J. 2014, 20, 1985. doi: 10.1002/chem.201303676

    16. [16]

      Mobius, K.; Plato, M.; Klihm, G.; Laurich, C.; Savitsky, A.; Lubitz, W.; Szyszko, B.; Stepien, M.; Latos-Grazynski, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 6644. doi: 10.1039/C4CP05745G

    17. [17]

      Möbius, K.; Savitsky, A.; Lubitz, W.; Plato, M. Appl. Magn. Reson. 2016, 47, 757. doi: 10.1007/s00723-016-0789-1

    18. [18]

      Marcos, E.; Anglada, J. M.; Torrent-Sucarrat, M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 24358. doi: 10.1021/jp3083612

    19. [19]

      Rosenberg, M.; Dahlstrand, C.; Kils , K.; Ottosson, H. Chem. Rev. 2014, 114, 5379. doi: 10.1021/cr300471v

    20. [20]

      Ottosson, H. Nat. Chem. 2012, 4, 969. doi: 10.1038/nchem.1518

    21. [21]

      Liew, J. Y.; Brown, J. J.; Moore, E. G.; Schwalbe, M. Chem. -Eur. J. 2016, 22, 16178. doi: 10.1002/chem.201602189

    22. [22]

      Naskar, S.; Das, M. ACS Omega 2017, 2, 1795. doi: 10.1021/acsomega.7b00278

    23. [23]

      van Leeuwen, T.; Pol, J.; Roke, D.; Wezenberg, S. J.; Feringa, B. L. Org. Lett. 2017, 19, 1402. doi: 10.1021/acs.orglett.7b00317

    24. [24]

      Feixas, F.; Matito, E.; Poater, J.; Solà, M. WIREs: Comput. Mol. Sci. 2013, 3, 105. doi: 10.1002/wcms.1115

    25. [25]

      Bühl, M.; Hirsch, A. Chem. Rev. 2001, 101, 1153. doi: 10.1021/cr990332q

    26. [26]

      El Bakouri, O.; Duran, M.; Poater, J.; Feixas, F.; Sola, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 11700. doi: 10.1039/C5CP07011B

    27. [27]

      Zhu, C. Q.; Yang, C. X.; Wang, Y. H.; Lin, G.; Yang, Y. H.; Wang, X. Y.; Zhu, J.; Chen, X. Y.; Lu, X.; Liu, G.; et al. Sci. Adv. 2016, 2, e1601031. doi: 10.1126/sciadv.1601031

    28. [28]

      Ayub, R.; Bakouri, O. E.; Jorner, K.; Solà, M.; Ottosson, H. J. Org. Chem. 2017, 82, 6327. doi: 10.1021/acs.joc.7b00906

    29. [29]

      Suzuki, S.; Morita, Y.; Fukui, K.; Sato, K.; Shiomi, D.; Takui, T.; Nakasuji, K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2530. doi: 10.1021/ja058387z

    30. [30]

      Chen, Z. F.; Wannere, C. S.; Corminboeuf, C.; Puchta, R.; von Ragué Schleyer, P. Chem. Rev. 2005, 105, 3842. doi: 10.1021/cr030088+

    31. [31]

      Schleyer, P. v. R.; Maerker, C.; Dransfeld, A.; Jiao, H.; van Eikema Hommes, N. J. R. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6317. doi: 10.1021/ja960582d

    32. [32]

      Fallah-Bagher-Shaidaei, H.; Wannere, C. S.; Corminboeuf, C.; Puchta, R.; Schleyer, P. v. R. Org. Lett. 2006, 8, 863. doi: 10.1021/ol0529546

    33. [33]

      Krygowski, T. M.; Szatylowicz, H.; Stasyuk, O. A.; Dominikowska, J.; Palusiak, M. Chem. Rev. 2014, 114, 6383. doi: 10.1021/cr400252h

    34. [34]

      Poater, J.; Fradera, X.; Duran, M.; Solà, M. Chem. -Eur. J. 2003, 9, 400. doi: 10.1002/chem.200390041

    35. [35]

      Matito, E.; Duran, M.; Solà, M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014109. doi: 10.1063/1.1824895

    36. [36]

      Hong, Y.; Oh, J.; Sung, Y. M.; Tanaka, Y.; Osuka, A.; Kim, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 2932. doi: 10.1002/anie.201611431

    37. [37]

      Feixas, F.; Matito, E.; Poater, J.; Solà, M. J. Comput. Chem. 2008, 29, 1543. doi: 10.1002/jcc.20914

    38. [38]

      Yu, D. H.; Rong, C. Y.; Lu, T.; Chattaraj, P. K.; De Proft, F.; Liu, S. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 18635. doi: 10.1039/C7CP03544F

    39. [39]

      Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 98. doi: 10.3866/PKU.WHXB201510302

    40. [40]

      Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 590. doi: 10.3866/PKU.WHXB20090332

    41. [41]

      Zhao, L. L.; Grande-Aztatzi, R.; Foroutan-Nejad, C.; Ugalde, J. M.; Frenking, G. ChemistrySelect 2017, 2, 863. doi: 10.1002/slct.201602080

    42. [42]

      Ciesielski, A.; Krygowski, T. M.; Cyranski, M. K.; Balaban, A. T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 3737. doi: 10.1039/C0CP01446J

    43. [43]

      Bernasconi, C. F.; Wenzel, P. J. J. Org. Chem. 2010, 75, 8422. doi: 10.1021/jo101719z

    44. [44]

      Mo, Y. R.; Schleyer, P. v. R. Chem. -Eur. J. 2006, 12, 2009. doi: 10.1002/chem.200500376

    45. [45]

      Gershoni-Poranne, R.; Stanger, A. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6597. doi: 10.1039/C5CS00114E

    46. [46]

      De Oliveira, B. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 37. doi: 10.1039/C2CP41749A

    47. [47]

      Zhu, J.; An, K.; Schleyer, P. v. R. Org. Lett. 2013, 15, 2442. doi: 10.1021/ol400908z

    48. [48]

      Cyrañski, M. K.; Krygowski, T. M.; Katritzky, A. R.; Schleyer, P. v. R. J. Org. Chem. 2002, 67, 1333. doi: 10.1021/jo016255s

    49. [49]

      Krygowski, T. M.; Cyrański, M. K. Chem. Rev. 2001, 101, 1385. doi: 10.1021/cr990326u

    50. [50]

      Alvarez-Thon, L.; Mammino, L. Int. J. Quantum Chem. 2017, 117, e25382. doi: 10.1002/qua.25382

    51. [51]

      Karadakov, P. B.; Hearnshaw, P.; Horner, K. E. J. Org. Chem. 2016, 81, 11346. doi: 10.1021/acs.joc.6b02460

    52. [52]

      Boll, M.; Hilker, T. A.; Salomon, G.; Omran, A.; Nespolo, J.; Pollet, L.; Bloch, I.; Gross, C. Science 2016, 353, 1257. doi: 10.1126/science.aag1635

    53. [53]

      Sundholm, D.; Fliegl, H.; Berger, R. J. F. WIREs: Comput. Mol. Sci. 2016, 6, 639. doi: 10.1002/wcms.1270

    54. [54]

      Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2007, 126, 191107. doi: 10.1063/1.2741244

    55. [55]

      Liu, S. B.; Rong, C. Y.; Wu, Z. M.; Lu, T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 2057. doi: 10.3866/PKU.WHXB201509183

    56. [56]

      Noorizadeh, S.; Shakerzadeh, E. Comput. Theor. Chem. 2011, 964, 141. doi: 10.1016/j.comptc.2010.12.012

    57. [57]

      Möllerstedt, H.; Piqueras, M. C.; Crespo, R.; Ottosson, H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13938. doi: 10.1021/ja045729c

    58. [58]

      Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: org/ 10.1063/1.464913

    59. [59]

      Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785. doi: 10.1103/PhysRevB.37.785

    60. [60]

      Francl, M. M.; Pietro, W. J.; Hehre, W. J.; Binkley, J. S.; Gordon, M. S.; DeFrees, D. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3654. doi: 10.1063/1.444267

    61. [61]

      Rassolov, V. A.; Ratner, M. A.; Pople, J. A.; Redfern, P. C.; Curtiss, L. A. J. Comput. Chem. 2001, 22, 976. doi: 10.1002/jcc.1058

    62. [62]

      Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; et al. Gaussian 09, Revision E. 01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, USA, 2013.

    63. [63]

      Kudin, K. N.; Scuseria, G. E.; Cancès, E. J. Chem. Phys. 2002, 116, 8255. doi: 10.1063/1.1470195

    64. [64]

      Lu, T.; Chen, F. W. J. Comput. Chem. 2012, 33, 580. doi: 10.1002/jcc.22885

    65. [65]

      Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1988, 88, 2547. doi: 10.1063/1.454033

    66. [66]

      Richard, F.; Bader, R. Atoms in Molecules: a Quantum Theory; Oxford University Press, Oxford, UK, 1990.

    67. [67]

      Hirshfeld, F. L. Theor. Chim. Acta 1977, 44, 129. doi: 10.1007/bf00549096

    68. [68]

      Zhou, X. Y.; Rong, C. Y.; Lu, T.; Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 2055. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409193

    69. [69]

      Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2015, 119, 3107. doi: 10.1021/acs.jpca.5b00443

    70. [70]

      Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133. doi: 10.1103/PhysRev.140.A1133

    71. [71]

      Zhao, D. B.; Rong, C. Y.; Ying, D. L.; Liu, S. B. J. Theor. Comput. Chem. 2013, 12, 1350034. doi: 10.1142/s021963361350034x

    72. [72]

      Wu, W. J.; Wu, Z. M.; Rong, C. Y.; Lu, T.; Huang, Y.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2015, 119, 8216. doi: 10.1021/acs.jpca.5b04309

    73. [73]

      Wu, Z. M.; Rong, C. Y.; Lu, T.; Ayers, P. W.; Liu, S. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 27052. doi: 10.1039/C5CP04442A

    74. [74]

      Huang, Y.; Rong, C. Y.; Zhang, R. Q.; Liu, S. B. J. Mol. Model. 2016, 23, 3. doi: 10.1007/s00894-016-3175-x

    75. [75]

      Liu, S. B.; Rong, C. Y.; Lu, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 1496. doi: 10.1039/C6CP06376D

    76. [76]

      Zhou, X. Y.; Rong, C. Y.; Lu, T.; Zhou, P. P.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A 2016, 120, 3634. doi: 10.1021/acs.jpca.6b01197

    77. [77]

      Noorizadeh, S.; Shakerzadeh, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 4742. doi: 10.1039/B916509F

    78. [78]

      Snyder, G. J. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 5272. doi: 10.1021/jp304015k

    79. [79]

      Halton, B. Eur. J. Org. Chem. 2005, 2005, 3391. doi: 10.1002/ejoc.200500231

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  20
  • 文章访问数:  699
  • HTML全文浏览量:  22
文章相关
  • 发布日期:  2018-06-15
  • 收稿日期:  2017-08-31
  • 接受日期:  2017-10-18
  • 修回日期:  2017-10-18
  • 网络出版日期:  2017-06-23
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章