18碳环及相关体系的研究

18碳环（cyclo[18]carbon）及相关体系的各种理论研究工作汇总

最后更新：2024-Oct-4


18碳环（cyclo[18]carbon）具有非常独特的几何和电子结构。Kaiser等人在Science, 365, 1299  (2019) 中报道了首次在凝聚相下对18碳环的实验观测，之后18碳环立刻引起了理论化学家们的极大关注，有大量研究工作陆续发表。北京科音自然科学研究中心（http://www.keinsci.com）的卢天等人在碳单环及其衍生物方面开展了广泛、系统的理论研究，相关成果汇总如下，基本上按照发表的时间顺序罗列，非常欢迎大家阅读和引用。这些研究主要基于Gaussian、ORCA等量子化学程序计算和Multiwfn程序（http://sobereva.com/multiwfn）进行波函数分析，是强大的Multiwfn波函数分析程序用于新颖体系极好的实例。下面罗列的论文若有的不方便访问的话，也可以统一在百度网盘下载：链接：https://pan.baidu.com/s/1pwZzdAYvkzwZiqg0EubiqQ 提取码：h7c3

  1. 最初的18碳环各方面特征的综合研究：Tian Lu*, Qinxue Chen, Zeyu Liu, ChemRxiv (2019) DOI: 10.26434/chemrxiv.11320130。内容简介：《一篇最全面、系统的研究新颖独特的18碳环的理论文章》（http://sobereva.com/524）
  2. 18碳环的成键本质、电子离域特征、芳香性：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Carbon, 165, 468 (2020)  DOI: 10.1016/j.carbon.2020.04.099
  3. 18碳环的电子光谱和非线性光学特征：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Carbon, 165, 461 (2020) DOI: 10.1016/j.carbon.2020.05.023
  4. 18碳环与小分子的弱相互作用强度和本质，18碳环二聚体的pi-pi堆积和动力学行为：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Carbon, 171, 514 (2021) DOI: 10.1016/j.carbon.2020.09.048。文章内容的深入浅出的介绍+详细评注：《全面探究18碳环独特的分子间相互作用与pi-pi堆积特征》（http://sobereva.com/572）
  5. 不同尺寸的碳环cyclo[n]carbon (n= 3 to 15)的红外、拉曼光谱以及溶剂环境的深入影响讨论，以及18碳环的动力学行为模拟：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Chem. Asian J., 16, 56 (2021) DOI: 10.1002/asia.202001228。文章内容的深入浅出的介绍+详细评注：《揭示各种新奇的碳环体系的振动特征》（http://sobereva.com/578）
  6. 外电场和碱/碱土金属离子对18碳环各方面特征的超强调控作用：Tian Lu*, Qinxue Chen, ChemPhysChem, 22, 386 (2021) DOI: 10.1002/cphc.202000903。文章内容的深入浅出的介绍+详细评注：《一篇文章深入揭示外电场对18碳环的超强调控作用》（http://sobereva.com/570）
  7. 对一篇几乎是满篇错误的18碳环研究文章的评论：Tian Lu, et al., J. Mol. Model., 27, 42 (2021) DOI: 10.1007/s00894-021-04665-9。简介+相关讨论：《我对一篇存在大量错误的J.Mol.Model.期刊上的18碳环研究文章的comment》（http://sobereva.com/584）
  8. 环尺寸对碳环体系的电子光谱和非线性光学性质影响的全面研究：Tian Lu, et al., Remarkable Size Effect on Photophysical and Nonlinear Optical Properties of All-Carboatomic Rings, Cyclo[18]carbon and Its Analogues, Chem. Asian J., 16, 2267 (2021) DOI: 10.1002/asia.202100589 。文章内容的深入浅出的介绍+详细评注：《全面揭示各种尺寸的碳单环体系的独特的光学性质》（http://sobereva.com/608）。
  9. 对一篇存在巨量误导性的18碳环+石墨烯研究文章的评论，以及我用明显更好的方法和模型、更全面地考察18碳环+石墨烯相互作用的文章：Tian Lu, et al., Comment on "18 and 12 – Member carbon rings (cyclo[n]carbons) – A density functional study", Mat. Sci. Eng. B., 273, 115425 (2021) DOI: 10.1016/j.mseb.2021.115425。内容介绍+大量对计算细节的说明和讨论：《18碳环（cyclo[18]carbon）与石墨烯的相互作用：基于簇模型的研究一例》（http://sobereva.com/615）。
  10. 将18碳环与Li原子的复合物设计为电场可控的分子光学开关：Zeyu Liu,* Xia Wang, Tian Lu,* et al., Potential optical molecular switch: Lithium@cyclo[18]carbon complex transforming between two stable configurations, Carbon, 187, 78 (2022) DOI: 10.1016/j.carbon.2021.11.005。内容解读+大量补充讨论和评注：《理论设计由18碳环与锂原子构成的电场可控的光学开关》（http://sobereva.com/630）。
  11. 对18碳环衍生物（合成C18的前驱体）C18-(CO)n (n=2,4,6)电子结构、芳香性的系统性研究：Xia Wang, Zeyu Liu*, Tian Lu*, et al., Bonding character, electron delocalization, and aromaticity of cyclo[18]carbon (C18) precursors, C18-(CO)n (n = 6, 4, and 2): Focusing on the effect of carbonyl (-CO) groups, Chem. Eur. J., 28, e202103815 (2022) DOI: 10.1002/chem.202103815。深入浅出的介绍+大量补充信息：《深入揭示18碳环的重要衍生物C18-(CO)n的电子结构和光学特性》（http://sobereva.com/640）。
  12. 对18碳环衍生物（合成C18的前驱体）C18-(CO)n (n=2,4,6)的光物理和非线性光学特征的深入研究：Xia Wang, Zeyu Liu,* Xiufen Yan, Tian Lu,* et al., Photophysical property and optical nonlinearity of cyclo[18]carbon (C18) precursors, C18-(CO)n (n = 2, 4, and 6): Focusing on the effect of carbonyl (-CO) groups, Phys. Chem. Chem. Phys., 24, 7466 (2022) DOI: 10.1039/D1CP05883E。深入浅出的介绍+大量补充信息：《深入揭示18碳环的重要衍生物C18-(CO)n的电子结构和光学特性》（http://sobereva.com/640）。
  13. 各种尺寸碳环、氮化硼环、环聚乙炔的环张力能的极高精度研究和分析对比：Tian Lu,* Zeyu Liu, Qinxue Chen, Accurate theoretical evaluation of strain energy of all-carboatomic ring (cyclo[2n]carbon), boron nitride ring, and cyclic polyacetylene, Chin. Phys. B, 31, 126101(2022) DOI: 10.1088/1674-1056/ac873a。预印版：ChemRxiv (2022) DOI: 10.26434/chemrxiv-2022-v8w9h。研究方法的介绍和附加信息：《谈谈如何计算环张力能：以CPP和碳单环体系为例》（http://sobereva.com/698）
  14. 具有8字型双环结构的oligoparaphenylene (OPP)结合与富集18碳环的分子动力学研究：Zeyu Liu,* Xia Wang, Tian Lu,* Jiaojiao Wang, Xiufen Yan, Yang Wu, Jingbo Xu, Molecular assembly with figure-of-eight nanohoop as a strategy for collection and stabilization of cyclo[18]carbon, Phys. Chem. Chem. Phys., 25, 16707 (2023) DOI: 10.1039/D3CP01896B。深入浅出的介绍+大量补充信息：《8字形双环分子对18碳环的独特吸附行为的量子化学、波函数分析与分子动力学研究》（http://sobereva.com/674）。
  15. 18碳环前驱体C18Br6的电子结构和芳香性的深入分析：Xia Wang, Zeyu Liu,* Jiaojiao Wang, Tian Lu,* et al., Electronic Structure and Aromaticity of an Unusual Cyclo[18]carbon Precursor, C18Br6, Chem. Eur. J., 29, e202300348 (2023) DOI: 10.1002/chem.202300348。文章主要内容介绍：《不寻常的环[18]碳前驱体C18Br6的电子结构和芳香性》（http://sobereva.com/664）
  16. 理论设计由18碳环和8字型双环结构的分子构成的双马达纳米转子：Zeyu Liu,* Xia Wang, Tian Lu,* et al., Theoretical design of a dual-motor nanorotator composed of all-carboatomic cyclo[18]carbon and figure-of-eight carbon hoop, Chem. Commun., 59, 9770 (2023) DOI: 10.1039/D3CC02262E。深入浅出的介绍+补充信息：《理论设计新颖的基于18碳环构成的双马达超分子体系》（http://sobereva.com/684）
  17. 18碳环等电子体B6C6N6的电子结构、显著的芳香性以及碳桥联B/N原子共轭增强效应的深入研究：Yang Wu, Zeyu Liu,* Tian Lu,* et al., Exploring the Aromaticity Differences of Isoelectronic Species of Cyclo[18]carbon (C18), B6C6N6, and B9N9: The Role of Carbon Atoms as Connecting Bridges, Inorg. Chem., 62, 19986 (2023) DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c02675。深入浅出的介绍+补充信息：《18碳环等电子体B6N6C6独特的芳香性：揭示碳原子桥联硼-氮对电子离域的关键影响》（http://sobereva.com/696）
  18. 16碳环的独特的激发态芳香性研究：Yang Wu, Xiufen Yan, Zeyu Liu*, Tian Lu,* Double Aromaticity of Franck-Condon Excited States of Cyclo[16]carbon, ChemRxiv (2023) DOI: 10.26434/chemrxiv-2023-mtx00
  19. 碳环与碱金属离子结合和芳香性光学特征的理论研究：Yang Xiao, Yinling Xiao, Xia Wang, Yixiao Chen, Xiufen Yan, Zeyu Liu,* Tian Lu,* Alkali-metal ions (M+ = Li+, Na+, K+, Rb+, and Cs+) endohedral cyclo[18]carbon (C18): Exploring binding interactions and predicting optical properties , ChemRxiv (2023) DOI: 10.26434/chemrxiv-2024-x1bsd
  20. 各种尺寸的碳环与富勒烯结合的全面的理论研究：Zeyu Liu, Tian Lu,* Theoretical insight into complexation between cyclocarbons and C60 fullerene , Chem. Eur. J., 30, e202402227 (2024) DOI: 10.1002/chem.202402227。深入浅出的介绍+补充信息：《全面揭示各种碳环与富勒烯之间独特的pi-pi相互作用！》（http://sobereva.com/727）
  21. 受到18碳环启发，对18氮环的理论预测及其特征的非常全面的理论研究：Tian Lu, Theoretical Prediction and Comprehensive Characterization of an all-Nitrogenatomic Ring, Cyclo[18]Nitrogen (N18), ChemPhysChem, 25, e202400377 (2024) DOI: 10.1002/cphc.202400377。深入浅出的介绍+补充信息：《18个氮原子组成的环状分子长什么样？一篇文章全面揭示18氮环的特征！》（http://sobereva.com/725）
  22. 18碳环结合电子给体和电子受体基团形成的分子的非线性光学特征的研究：Jingbo Xu, Jiaojiao Wang, Xiaohui Chen, Wenwen Zhao, Xiufen Yan, Zeyu Liu,* Tian Lu,* Aihua Yuan*, Design of D-π-A type cyclo[18]carbon derivatives with excellent optical nonlinearity: A theoretical perspective, ChemRxiv (2024) DOI: 10.26434/chemrxiv-2024-8hxsh

更多的关于18碳环及相关体系的研究正在进行中...


以下论文或博文与18碳环都有关联，都非常建议阅读：

《谈谈18碳环的几何结构和电子结构》（http://sobereva.com/515）。早期的一篇相关博文，包含很多用Multiwfn分析18碳环的操作介绍

《通过轨道权重福井函数和轨道权重双描述符预测亲核和亲电反应位点》（http://sobereva.com/533）。其中使用了18碳环作为例子演示怎么预测反应位点。

范德华势的论文：Tian Lu, Qinxue Chen, J. Mol. Model., 26, 315 (2020) DOI: 10.1007/s00894-020-04577-0。其中分析了以不同原子作为探针时的18碳环的范德华势。此方法的中文介绍以及在Multiwfn中的操作见《谈谈范德华势以及在Multiwfn中的计算、分析和绘制》（http://sobereva.com/551）。

《使用Multiwfn模拟扫描隧道显微镜(STM)图像》（http://sobereva.com/549）。里面详细介绍了怎么模拟18碳环的STM图。

《在VMD中显示Gaussian计算的原子受力》（http://sobereva.com/568）。其中介绍了怎么计算外电场下18碳环的受力。

《谈谈Gaussian产生downhill路径的功能》（http://sobereva.com/571）。其中介绍了怎么计算外电场下18碳环的弛豫轨迹。

《使用键级密度(BOD)和自然适应性轨道(NAdO)图形化研究化学键》（http://sobereva.com/535）。其中将BOD和NAdO方法用于了分析18碳环的成键。

《RESP拟合静电势电荷的原理以及在Multiwfn中的计算》（http://sobereva.com/441）。其中介绍了怎么在拟合18碳环的RESP电荷时引入非原子中心电荷。

《使用Multiwfn绘制态密度(DOS)图考察电子结构》（http://sobereva.com/482）。其中介绍了18碳环的MO-PDOS图。

《使用Multiwfn通过单位球面表示法图形化考察（超）极化率张量》（http://sobereva.com/547）。其中给出了18碳环以单位球面表示法展现的极化率和第二超极化率特征。

《使用Multiwfn定量化和图形化考察分子的平面性（planarity）》（http://sobereva.com/618）。其中的一个例子是通过笔者在J. Mol. Model., 27, 263 (2021)中提出的定量衡量分子平面性的参数MPP和SDP以及d_s着色表示法，直观展现18碳环在分子动力学过程中的结构平面性的变化。

《计算分子动力学轨迹中两个环平面间的距离和夹角》（http://sobereva.com/590）。里面以18碳环二聚体的动力学为例，介绍了怎么方便地考察动力学过程中两个环平面夹角和中心距离随时间的变化。

此文研究的碳链体系的特征和18碳环有密切联系：《氢封端碳链H-(C≡C)n-H (n = 3-9, 15)的电子光谱的尺寸依赖性：性质分析及对碳炔的预测》（http://sobereva.com/679）

《使用Multiwfn基于Hirshfeld-I划分计算特定类型电子在各个原子上的分布量》（http://sobereva.com/697）。里面演示了怎么对18碳环等电子体B6N6C6计算平面内pi电子在各个原子上的分布量。

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