[科普中國]-默比烏斯體系

默比烏斯體系這個概念來源于拓撲學中的默比烏斯帶。用一條紙帶將一端扭轉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)定軌道符號反轉數(shù)（節(jié)點數(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。

簡介芳香過渡態(tài)理論認為，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)將導致活化能的降低，是允許的反應；反之，反芳香性的過渡態(tài)使活化能升高，反應是禁阻的。人們規(guī)定軌道符號反轉數(shù)（節(jié)點數(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π電子，該體系是芳香性的；若含有4n+2個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上提出了“默比烏斯芳香性”。默比烏斯體系因為有著閉殼結構而穩(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，它是一個有趣的只有一個結的封閉條帶，在19世紀末一位數(shù)學家發(fā)現(xiàn)了它并由此命名。大量的理論和實驗研究了只有單邊單面沒有方向的莫比烏斯，這里莫比烏斯的拓撲特性、芳香性和磁性、周環(huán)反應選擇規(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性質也做了很多的研究，不同的方法用來有效的增加其非線性光學性質已經(jīng)被提出來。例如、徐等人理論研究了形狀和結點數(shù)對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，通過打開結點形成正常的環(huán)并苯能夠使β0值從393增加到1049au，打開環(huán)并苯形成相應的線性的條帶能夠進一步提升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，具有一個結點的結構的β0值 （60845au）大于具有三個結點的結構的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注了，和正常的沒有結點的籃狀分子的β0值（2836au）相比，扭轉效應能夠有效的增加體系的β0值（3773au）。另外，在D-π-A構架下有趣的莫比烏斯條帶被用于π共軛橋來構建極好的非線性光學體系，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，當堿金屬原子Li作為給電子基團來單取代莫比烏斯分子上的H原子。對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（-NH2）和吸電子基團（-NO2）來構建D-π-A構架，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（達到12467au），它比單獨的莫比烏斯環(huán)并苯（只有261au）要大得多1。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

陳紅 - 副教授 - 西南大學