当C0(31)于1985年第一次被合成时)，Ko0就提出这个分子是第一个球芳香性 (Spherical A romaticity)分子。关于Co的各种特殊性质己有诸多研究，这里仅讨论与其芳香性 有关的一些问题 考察C的分子轨道：每个C有4个价电子，其中3个构成·骨架，剩余1个形成离域π 键。十二面体对称的Co的r键体系可以近似地被描述为球形电子气(spherical electon 盟s)。π键的波函数表达式为平(x0,中)=R()·⊙)中仲)。 对于球形体系，可以认为不变所以波函数的性质由⊙)·中仲)决定。由⊙)导出 的角量子数1(L=0,1,2,3,…)代表Ψ的角节面数；由中仲)导出的磁量子数MM=·L. 1-L,2-L,…0.…L)代表波函数与参考方向G通常是轴)的倾斜程度1。每个L有 2L+1个M值与之对应。C分子轨道图形如图6，分子的π电子排布见图7。类似于多电子 原子轨道，因为存在能级分裂，L相同M不同时的能量并不完全相同。 @-) 9般 1=0s) 28 2.000 6O0 h。 1-1(p) 搬 SC○●Q● 1 -2d 606 0 二二二 8.18 1=30 6⊙00 扑井+## -0.618 30 -184:#+#卡t+++-1.000 806@ -1.562 -1.820 1=4g -2 9③C83 -2.303 1=4(g) 井井朴 图6C的分子轨道图形 图7C分子的分子轨道图 我们可以看到，在富勒烯大键体系中，当体系含有2(W+1)(W=0,1,2,3)个电 子时，最外层电子全部充满而最为稳定这种稳定性类似于稀有气体电子构型的稳定性，可将 其作为三维体系中的芳香性标准。这个规则最先由Hirsch于2000年提出。根据这个排布规 则，π电子数为2,8,18,32,50,72,98…时最外电子壳层全充满而显芳香性。从这个规则来 看，含有60个电子的C只显示弱的芳香性，而相对不稳定的物种C,C,C,C8则被预 言具有强芳香性。实际上，芳香性只是一种稳定因素，在三维体系中，巨大的张力使符合“分 割五边形规则的分子具有更高的稳定性，而C正是符合此规则的最小富勒烯分子。 由于富勒烯分子没有可取代的氢，所以它不能通过取代反应来表现它的芳香性，而且由于 富勒烯的特殊结构，任何化学反应都会使它原有的电子结构发生较大的变化。因而化学反应 方面的判据在富勒烯面前显得无能为力。但由于富勒烯分子空腔的存在，使现在判别芳香性 38 1994-2009 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net当 C60 (31 )于 1985 年第一次被合成时 [ 10 ] , Kroto就提出这个分子是第一个球芳香性 (Spherical A romaticity)分子。关于 C60的各种特殊性质已有诸多研究 ,这里仅讨论与其芳香性 有关的一些问题。 考察 C60的分子轨道 :每个 C有 4个价电子 ,其中 3个构成 σ骨架 ,剩余 1个形成离域 π 键。十二面体对称的 C60的 π键体系可以近似地被描述为球形电子气 ( spherical electron gas) [ 11 ]。π键的波函数表达式为 Ψ ( r,θ,φ) = R ( r) ·Θ (θ) ·Φ (φ) 。 对于球形体系 , r可以认为不变 ,所以波函数的性质由 Θ (θ) ·Φ (φ)决定。由 Θ (θ)导出 的角量子数 L (L = 0, 1, 2, 3, ……)代表Ψ的角节面数 ;由Φ (φ)导出的磁量子数 M (M = - L, 1 - L, 2 - L, ……, 0, ……, L )代表波函数与参考方向 (通常是 z轴 )的倾斜程度 [ 12 ]。每个 L 有 2L + 1个 M 值与之对应。C60分子轨道图形如图 6,分子的 π电子排布见图 7。类似于多电子 原子轨道 ,因为存在能级分裂 , L相同 M 不同时的能量并不完全相同。 图 6 C60的分子轨道图形 图 7 C60分子的分子轨道图 我们可以看到 ,在富勒烯大π键体系中 ,当体系含有 2 (N + 1) 2 (N = 0, 1, 2, 3……)个π电 子时 ,最外层电子全部充满而最为稳定 ,这种稳定性类似于稀有气体电子构型的稳定性 ,可将 其作为三维体系中的芳香性标准。这个规则最先由 H irsch于 2000年提出。根据这个排布规 则 ,π电子数为 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98……时最外电子壳层全充满而显芳香性。从这个规则来 看 ,含有 60个 π电子的 C60只显示弱的芳香性 ,而相对不稳定的物种 C 2 + 20 , C32 , C50 , C 10 + 60 则被预 言具有强芳香性。实际上 ,芳香性只是一种稳定因素 ,在三维体系中 ,巨大的张力使符合“分 割五边形规则 ”的分子具有更高的稳定性 ,而 C60正是符合此规则的最小富勒烯分子。 由于富勒烯分子没有可取代的氢 ,所以它不能通过取代反应来表现它的芳香性 ,而且由于 富勒烯的特殊结构 ,任何化学反应都会使它原有的电子结构发生较大的变化。因而化学反应 方面的判据在富勒烯面前显得无能为力。但由于富勒烯分子空腔的存在 ,使现在判别芳香性 38