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如何确定小分子材料在HOMO能级(或LUMO)存在明显的螺共轭
发布时间:2025-12-02

核心思路:螺共轭的本质是在两个通过螺原子连接且相互垂直的π共轭体系之间,发生了超越经典共轭规则的电子相互作用和离域。判断其存在的关键,就是要找到电子云跨越了这个正交的螺原子,在两个互相垂直的片段上同时离域的直接证据。


方法:DFT计算HOMO轨道,后进行分子轨道可视化分析(最直观,最关键的证据)


只需观察给出的HOMO轨道等值面图(用软件:GaussView):


(1)存在螺共轭的明确迹象:

在HOMO轨道图中,会观察到同一套电子云(同一相位,通常用同一种颜色表示)同时连续地分布于两个互相垂直的平面以及中心分子骨架上。电子云没有在螺碳原子处中断,而是“穿过”它,形成了一个连续的离域体系,尽管两个平面在空间上是互相垂直的。


(2)不存在螺共轭的迹象:

若电子云只局限于某一个正交平面上,或者局域在中心的某一平面上,而另一个正交平面是“空白”的或者电子云密度及低,那么就不存在明显的螺共轭,即电子云在螺原子处被明显的截断。


参考文献:J. Mater. Chem. C. 2018, 6, 8035-8041.

                      Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202207204.