[科普中國(guó)]-默比烏斯體系

默比烏斯體系這個(gè)概念來源于拓?fù)鋵W(xué)中的默比烏斯帶。用一條紙帶將一端扭轉(zhuǎn)180°，然后將兩端粘接起來形成的帶，即沒有內(nèi)面，也沒有外面。人們規(guī)定軌道符號(hào)反轉(zhuǎn)數(shù)（節(jié)點(diǎn)數(shù)）為奇數(shù)的原子軌道的環(huán)狀排列體系稱為默比烏斯體系。

簡(jiǎn)介芳香過渡態(tài)理論認(rèn)為，過渡態(tài)也可以像基態(tài)分子一樣，分為芳香性的和反芳香性的。穩(wěn)定的或芳香性的過渡態(tài)將導(dǎo)致活化能的降低，是允許的反應(yīng)；反之，反芳香性的過渡態(tài)使活化能升高，反應(yīng)是禁阻的。人們規(guī)定軌道符號(hào)反轉(zhuǎn)數(shù)（節(jié)點(diǎn)數(shù)）為奇數(shù)的原子軌道的環(huán)狀排列體系稱為默比烏斯體系。在默比烏斯體系中，若含有4n個(gè)π電子，該體系是芳香性的；若含有4n+2個(gè)π電子，則該體系是反芳香性的、不穩(wěn)定的。

1964 年，Heilbronner在Huckel分子軌道理論的基礎(chǔ)上提出了“默比烏斯芳香性”。默比烏斯體系因?yàn)橛兄]殼結(jié)構(gòu)而穩(wěn)定。近些年，人們和發(fā)現(xiàn)合成出具有默比烏斯芳香性的化合物。

相關(guān)研究迷人的莫比烏斯條帶吸引了研究者們大量的注意力，它是一個(gè)有趣的只有一個(gè)結(jié)的封閉條帶，在19世紀(jì)末一位數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了它并由此命名。大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究了只有單邊單面沒有方向的莫比烏斯，這里莫比烏斯的拓?fù)涮匦?、芳香性和磁性、周環(huán)反應(yīng)選擇規(guī)則等已經(jīng)被研究。特別的，基于莫比烏斯體系的非線性光學(xué)性質(zhì)也做了很多的研究，不同的方法用來有效的增加其非線性光學(xué)性質(zhì)已經(jīng)被提出來。例如、徐等人理論研究了形狀和結(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)N原子取代的莫比烏斯體系一階超極化率的影響。揭示了對(duì)于小直徑的N原子取代的莫比烏斯環(huán)并苯體系，通過打開結(jié)點(diǎn)形成正常的環(huán)并苯能夠使β0值從393增加到1049au，打開環(huán)并苯形成相應(yīng)的線性的條帶能夠進(jìn)一步提升β0值從1049到2814au。然而，在大直徑的N原子取代的莫比烏斯環(huán)并苯體系中，具有一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的β0值 （60845au）大于具有三個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的β0值（24519au），它們都比正常的環(huán)并苯的β0值（4693au）要大。此外，一種新的莫比烏斯籃狀分子也被關(guān)注了，和正常的沒有結(jié)點(diǎn)的籃狀分子的β0值（2836au）相比，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)能夠有效的增加體系的β0值（3773au）。另外，在D-π-A構(gòu)架下有趣的莫比烏斯條帶被用于π共軛橋來構(gòu)建極好的非線性光學(xué)體系，考慮到了莫比烏斯環(huán)有4nπ電子是芳香性的，這和傳統(tǒng)的休克爾芳香性不同。例如，當(dāng)堿金屬原子Li作為給電子基團(tuán)來單取代莫比烏斯分子上的H原子。對(duì)比與沒有摻雜的莫比烏斯分子（250au），摻雜體系的β0值增加到352 ~ 1019au。而且，通過連接給電子基團(tuán)（-NH2）和吸電子基團(tuán)（-NO2）來構(gòu)建D-π-A構(gòu)架，莫比烏斯環(huán)并苯條帶的一階超極化率能夠有效的被改善（達(dá)到12467au），它比單獨(dú)的莫比烏斯環(huán)并苯（只有261au）要大得多1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

陳紅 - 副教授 - 西南大學(xué)