近日，溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院丁益宏教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合吉林大學(xué)、墨西哥 Cinvestav-Mérida 大學(xué)科研力量，在硼簇化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。相關(guān)研究成果以 “Integrating the Substituent Effect into the Wade–Mingos Rules for Dicarboranes” 為題，發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》（DOI：10.1002/anie.202513394）。

碳硼烷作為具有獨(dú)特三維簇狀骨架的電子缺陷化合物，在材料科學(xué)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與幾何構(gòu)型的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)是硼簇化學(xué)的核心研究方向。經(jīng)典的 Wade-Mingos（W-M）規(guī)則長(zhǎng)期指導(dǎo)硼烷、碳硼烷結(jié)構(gòu)研究，但該規(guī)則僅聚焦簇合物骨架電子對(duì)計(jì)數(shù)，忽略了取代基效應(yīng)，導(dǎo)致在取代碳硼烷體系中頻繁出現(xiàn)預(yù)測(cè)偏差，嚴(yán)重限制了碳硼烷功能分子的定向設(shè)計(jì)。針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展大規(guī)模高通量計(jì)算與系統(tǒng)分析。研究選取 17 種典型取代基，在六頂點(diǎn)碳硼烷的 6 個(gè)取代位點(diǎn)進(jìn)行組合，構(gòu)建 74613 個(gè)獨(dú)特的 C?B?R?體系，通過(guò) CBS-QB3 高水平能量計(jì)算（累計(jì)完成約 2.4 億次結(jié)構(gòu)能量評(píng)估），結(jié)合自主開(kāi)發(fā)的 Seed and Mortise-Tenon（SMT）模型，系統(tǒng)揭示了取代基對(duì)碳硼烷基態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng) W-M 規(guī)則預(yù)測(cè)的八面體結(jié)構(gòu)僅在 9.1% 的體系中為基態(tài)，而此前被低估的三角雙錐結(jié)構(gòu)在 89.1% 的體系中成為全局最穩(wěn)定構(gòu)型。團(tuán)隊(duì)基于 “連接原子電負(fù)性（CAEN）” 將取代基分類(lèi)，并提出簡(jiǎn)單實(shí)用的取代基計(jì)數(shù)規(guī)則（P = nM + 1.1nH），預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá) 92.8%，且在大位阻取代基體系中仍保持良好適用性。該規(guī)則突破了 W-M 規(guī)則僅在單一取代基環(huán)境中有效的局限，可覆蓋絕大多數(shù)取代基場(chǎng)景。該成果建立了 “取代基導(dǎo)向” 的碳硼烷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法完善了簇合物成鍵規(guī)則，為碳硼烷在催化、功能材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的定向應(yīng)用提供了高效工具，對(duì)硼簇化學(xué)的理論發(fā)展與應(yīng)用轉(zhuǎn)化具有重要意義。

我校為該研究第一單位，化學(xué)與材料工程學(xué)院博士研究生王世勝為論文第一作者，溫州大學(xué)丁益宏教授、吉林大學(xué)崔中華教授、墨西哥 Cinvestav-Mérida 大學(xué) Gabriel Merino 教授為共同通訊作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

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