КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ И РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ C60Xn (n = 2, 4, 6) С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ

10.25712/ASTU.1811-1416.2025.04.004

Аннотация

Проведено комплексное компьютерное моделирование серий производных фуллерена C₆₀, модифицированных двумя, четырьмя и шестью идентичными функциональными группами X различной природы (X = -CH₃, -C₂H₅, -C₃H₇, -F, -Cl, -Br, -OH, -OCH₃, -OC₂H₅, -SH, -SCH₃, -SC₂H₅, -NH₂, -NO₂, -COOH, -COCl, -CONH₂, -CN). Целью работы являлось установление зависимостей между строением молекул и их ключевыми электронными и реакционными дескрипторами. Расчеты выполнены с помощью программных пакетов ORCA 6.1 и Multiwfn 3.8 в рамках теории функционала плотности (DFT) с использованием гибридного функционала PBE0-D4 и базисных наборов def2-SVP (оптимизация структур) и def2-TZVPD (расчет электронных и реакционных дескрипторов). В рамках концептуальной DFT проанализированы химический потенциал μ, жесткость η, электрофильность ω, нуклеофильность N, энергии ионизации I и сродства к электрону A. Впервые для данных систем предложены относительные шкалы электронного химического потенциала <δμ> и жесткости <η>, позволяющие классифицировать группы по силе и направленности их влияния на донорно-акцепторные свойства фуллереновых структур. Обнаружено кумулятивное усиление влияния заместителей при переходе от ди- к тетра-производным и отклонение от линейности для гекса-замещенных структур, обусловленное стерическими эффектами. Установлено, что объемные группы с гетероатомами (S, O, N) могут становиться новыми реакционными центрами. Результаты работы позволяют прогнозировать редокс-активность и связанные с ней свойства модифицированных фуллеренов и являются основой для целенаправленного дизайна структур с заданными свойствами.