18碳環的研究

18碳環（cyclo[18]carbon）相關理論研究工作匯總

18碳環（cyclo[18]carbon）具有非常獨特的幾何和電子結構。Kaiser等人在Science, 365, 1299  (2019) 中報道了首次在凝聚相下對18碳環的實驗觀測，之后18碳環立刻引起了理論化學家們的極大關注，有大量研究工作陸續發表。北京科音自然科學研究中心（http://www.keinsci.com）的盧天等人在18碳環方面開展了很多研究工作，相關成果匯總如下，基本上按照發表的時間順序羅列，非常歡迎大家閱讀和引用。這些研究主要基于Gaussian、ORCA等量子化學程序計算和Multiwfn（http://www.shanxitv.org/multiwfn）進行波函數分析，是強大的Multiwfn波函數分析程序用于新穎體系極好的實例。下面羅列的論文若有的不方便訪問的話，也可以統一在百度網盤下載：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1pwZzdAYvkzwZiqg0EubiqQ 提取碼：h7c3

1. 最初的18碳環各方面特征的綜合研究：Tian Lu*, Qinxue Chen, Zeyu Liu, ChemRxiv (2019) DOI: 10.26434/chemrxiv.11320130。內容簡介：《一篇最全面、系統的研究新穎獨特的18碳環的理論文章》（http://www.shanxitv.org/524）
2. 18碳環的成鍵本質、電子離域特征、芳香性：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Carbon, 165, 468 (2020)  DOI: 10.1016/j.carbon.2020.04.099
3. 18碳環的電子光譜和非線性光學特征：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Carbon, 165, 461 (2020) DOI: 10.1016/j.carbon.2020.05.023
4. 18碳環與小分子的弱相互作用強度和本質，18碳環二聚體的pi-pi堆積和動力學行為：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Carbon, 171, 514 (2021) DOI: 10.1016/j.carbon.2020.09.048。文章內容的深入淺出的介紹+詳細評注：《全面探究18碳環獨特的分子間相互作用與pi-pi堆積特征》（http://www.shanxitv.org/572）
5. 不同尺寸的碳環cyclo[n]carbon (n= 3 to 15)的紅外、拉曼光譜以及溶劑環境的深入影響討論，以及18碳環的動力學行為模擬：Zeyu Liu, Tian Lu*, Qinxue Chen, Chem. Asian J., 16, 56 (2021) DOI: 10.1002/asia.202001228。文章內容的深入淺出的介紹+詳細評注：《揭示各種新奇的碳環體系的振動特征》（http://www.shanxitv.org/578）
6. 外電場和堿/堿土金屬離子對18碳環各方面特征的超強調控作用：Tian Lu*, Qinxue Chen, ChemPhysChem, 22, 386 (2021) DOI: 10.1002/cphc.202000903。文章內容的深入淺出的介紹+詳細評注：《一篇文章深入揭示外電場對18碳環的超強調控作用》（http://www.shanxitv.org/570）
7. 對一篇幾乎是滿篇錯誤的18碳環研究文章的評論：Tian Lu, et al., J. Mol. Model., 27, 42 (2021) DOI: 10.1007/s00894-021-04665-9。簡介+相關討論：《我對一篇存在大量錯誤的J.Mol.Model.期刊上的18碳環研究文章的comment》（http://www.shanxitv.org/584）
8. 環尺寸對碳環體系的電子光譜和非線性光學性質影響的全面研究：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 。文章內容的深入淺出的介紹+詳細評注：《全面揭示各種尺寸的碳單環體系的獨特的光學性質》（http://www.shanxitv.org/608）。
9. 對一篇存在巨量誤導性的18碳環+石墨烯研究文章的評論，以及我用明顯更好的方法和模型、更全面地考察18碳環+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。內容介紹+大量對計算細節的說明和討論：《18碳環（cyclo[18]carbon）與石墨烯的相互作用：基于簇模型的研究一例》（http://www.shanxitv.org/615）。
10. 將18碳環與Li原子的復合物設計為電場可控的分子光學開關：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。內容解讀+大量補充討論和評注：《理論設計由18碳環與鋰原子構成的電場可控的光學開關》（http://www.shanxitv.org/630）。
11. 對18碳環衍生物（合成C18的前驅體）C18-(CO)n (n=2,4,6)電子結構、芳香性的系統性研究：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。深入淺出的介紹+大量補充信息：《深入揭示18碳環的重要衍生物C18-(CO)n的電子結構和光學特性》（http://www.shanxitv.org/640）。
12. 對18碳環衍生物（合成C18的前驅體）C18-(CO)n (n=2,4,6)的光物理和非線性光學特征的深入研究：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。深入淺出的介紹+大量補充信息：《深入揭示18碳環的重要衍生物C18-(CO)n的電子結構和光學特性》（http://www.shanxitv.org/640）。
13. 各種尺寸碳環、氮化硼環、環聚乙炔的環張力能的極高精度研究和分析對比：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。預印版：ChemRxiv (2022) DOI: 10.26434/chemrxiv-2022-v8w9h
14. 具有8字型雙環結構的oligoparaphenylene (OPP)結合與富集18碳環的分子動力學研究：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. (2023) DOI: 10.1039/D3CP01896B
15. 18碳環前驅體C18Br6的電子結構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。文章主要內容介紹：《不尋常的環[18]碳前驅體C18Br6的電子結構和芳香性》（http://www.shanxitv.org/664）

更多的關于18碳環及相關體系的研究正在進行中...

以下論文或博文與18碳環都有關聯，都非常建議閱讀：

《談談18碳環的幾何結構和電子結構》（http://www.shanxitv.org/515）。早期的一篇相關博文，包含很多用Multiwfn分析18碳環的操作介紹

《通過軌道權重福井函數和軌道權重雙描述符預測親核和親電反應位點》（http://www.shanxitv.org/533）。其中使用了18碳環作為例子演示怎么預測反應位點。

范德華勢的論文：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為探針時的18碳環的范德華勢。此方法的中文介紹以及在Multiwfn中的操作見《談談范德華勢以及在Multiwfn中的計算、分析和繪制》（http://www.shanxitv.org/551）。

《使用Multiwfn模擬掃描隧道顯微鏡(STM)圖像》（http://www.shanxitv.org/549）。里面詳細介紹了怎么模擬18碳環的STM圖。

《在VMD中顯示Gaussian計算的原子受力》（http://www.shanxitv.org/568）。其中介紹了怎么計算外電場下18碳環的受力。

《談談Gaussian產生downhill路徑的功能》（http://www.shanxitv.org/571）。其中介紹了怎么計算外電場下18碳環的弛豫軌跡。

《使用鍵級密度(BOD)和自然適應性軌道(NAdO)圖形化研究化學鍵》（http://www.shanxitv.org/535）。其中將BOD和NAdO方法用于了分析18碳環的成鍵。

《RESP擬合靜電勢電荷的原理以及在Multiwfn中的計算》（http://www.shanxitv.org/441）。其中介紹了怎么在擬合18碳環的RESP電荷時引入非原子中心電荷。

《使用Multiwfn繪制態密度(DOS)圖考察電子結構》（http://www.shanxitv.org/482）。其中介紹了18碳環的MO-PDOS圖。

《使用Multiwfn通過單位球面表示法圖形化考察（超）極化率張量》（http://www.shanxitv.org/547）。其中給出了18碳環以單位球面表示法展現的極化率和第二超極化率特征。

《使用Multiwfn定量化和圖形化考察分子的平面性（planarity）》（http://www.shanxitv.org/618）。其中的一個例子是通過筆者在J. Mol. Model., 27, 263 (2021)中提出的定量衡量分子平面性的參數MPP和SDP以及d_s著色表示法，直觀展現18碳環在分子動力學過程中的結構平面性的變化。

《計算分子動力學軌跡中兩個環平面間的距離和夾角》（http://www.shanxitv.org/590）。里面以18碳環二聚體的動力學為例，介紹了怎么方便地考察動力學過程中兩個環平面夾角和中心距離隨時間的變化。