تعیین نظری مواضع فعال نفتالن، نیترونفتالن، متوکسی‌نفتالن،کینولین و ایزوکینولین در واکنش حلقه‌افزایی با فولرن 20c

در این پژوهش، مطالعه نظری واکنش حلقه‌افزایی بین فولرن20c و برخی آروماتیک‌های دوحلقه‌ای جوش‌خورده شامل نفتالن، 2 متوکسی نفتالن، 2 نیترونفتالن، کینولین و ایزوکینولین با اهدافی همچون امکان عامل‌دار کردن فولرن، بررسی واکنش‌پذیری و ناحیه‌گزینی این مواد انجام شد. برای این منظور واکنش حلقه‌زایی [2+4] بین سامانه‌های آروماتیک بالا و فولرن بررسی شد که در آن‌ها فولرن به عنوان دی‌ان‌دوست و سامانه آروماتیک به عنوان دی‌ان عمل می کند. به جز نفتالن، برای سایر سامانه‌های آروماتیک دو واکنش در نظر گرفته شد که در یکی حلقه دارای استخلاف (نیترو یا متوکسی) یا هترواتم (کینولین وایزوکینولین) و در دیگری حلقه بدون استخلاف یا هترواتم واکنش می‌دهد. با بهینه‌سازی مواد اولیه و فرآورده‌ها و به دنبال آن تعیین حالت گذار هر واکنش، پارامترهای ترمودینامیکی و سینتیکی تعیین شد. به منظور بررسی واکنش‌پذیری موقعیت‌های گوناگون نفتالن، 2 متوکسی نفتالن، 2 نیترونفتالن، کینولین و ایزوکینولین،  سه روش گوناگون شامل محاسبه تابع های پار، تابع های فوکویی و محاسبه میزان مشارکت اتم‌های گوناگون در بالاتریناوربیتال مولکولی اشغال‌شده homo هر ماده مورد  استفاده قرار گرفت. نتیجه ها نشان داد که تابع های فوکویی به طور کامل و تابع های پار و میزان مشارکت اتم‌های گوناگون در homo تا حدود زیادی می‌توانند واکنش‌پذیری موقعیت‌های گوناگون این سامانه‌های آروماتیک در واکنش حلقه‌افزایی را توصیف کنند. همچنین میزان انتقال کلی چگالی الکترون gedtدر این واکنش‌ها مورد محاسبه قرار گرفت و نتیجه ها نشان داد که همه واکنش‌ها ماهیت قطبی دارند و الکترون از ماده آروماتیک به فولرن منتقل می‌شود. سرانجام محاسبه میزان هم زمانی واکنش‌ها نشان داد که واکنش نفتالن و همچنین واکنش حلقه دارای هترواتم در کینولین و ایزوکینولین دارای هم زمانی بیش تری نسبت به سایر واکنش‌ها می‌باشد.

Theoretical Determination of the Active Sites of Naphthalene, Nitronaphthalene, Methoxynaphthalene, Quinoline and Isoquinoline in Cycloaddition Reaction with C20 Fullerene

In this research, a theoretical study on the cycloaddition reaction of the C20 fullerene and certain fused bicyclic aromatic compounds including naphthalene, 2methoxynaphthalene, 2nitronaphthalene, quinoline, and isoquinoline was carried out with the aims of functionalization possibility of the fullerene and investigation of the reactivity and regioselectivity. For this purpose, the [4+2] cycloaddition reaction between the above mentioned aromatic systems and fullerene was studied in which, the fullerene and aromatic systems act as dienophile and diene, respectively. Except for the naphthalene, two possible reaction paths were considered for the aromatic systems in which, the substituent or heteroatomcontaining ring reacts in one path and the ring without substituent or heteroatom reacts in another one. The thermodynamic and kinetic parameters of each reaction path were calculated using optimization of the reactants, products, and transition states geometries. In order to study the reactivity of different positions of the naphthalene, 2nitronaphthalene, 2methoxynaphthalene, quinoline, and isoquinoline, three different methods were used including calculation of the Parr as well as Fukui functions and the value of the contribution of different atoms in the HOMO of the aromatic system. The results indicated that the Fukui functions can completely describe the reactivity of different positions of the above aromatic compounds. Also, the Parr functions and the contribution value of different atoms in HOMO can satisfactorily describe the reactivities in the corresponding cycloaddition reactions. The Global Electron Density Transfer (GEDT) value was also calculated for the reactions and the results revealed that the reactions are polar in character and the electron density is transferred from the aromatic compound toward the fullerene. Finally, the calculation of the synchronicity showed that the reactions of fullerene with the naphthalene and the heteroatomcontaining ring in the quinoline and isoquinoline are more synchronous in comparison to the other ones.