کاربرد انتروپی شانون در بررسی ناحیه گزینی واکنش های دیلز-آلدر و پاترنو-بوخی و بررسی خواص الکترونی و توپولوژیکی نانوپولک های گرافن در صفحه اکسید بریلیوم
چکیده
در قسمت اول این کار تحقیقاتی، با معرفی شاخص جدید ? که بر اساس اختلاف انتروپی شانون اتمی برای موقعیت¬های درگیر در یک واکنش تعریف می¬شود، به بررسی ناحیه¬گزینی در برخی واکنش¬های آلی پرداخته می¬شود. بهینه¬سازی ساختار¬ها با سطح محاسباتی b3lyp/6-31g** انجام شد. واکنش¬های مشهور آلی از قبیل واکنش دیلز-آلدر، افزایش به آلکن¬ها و واکنش پاترنو-¬بوخی برای سنجش توانایی توصیف¬گر جدید در تشخیص ناحیه¬گزینی در واکنش¬های مورد نظر مطالعه شد. بدین¬منظور، کمیتی به نام ? که جذر مجموع مربع اختلاف ?¬های محاسبه¬شده می¬باشد، برای هر واکنش تعیین گردید و مشخص شد که واکنش با ? کمتر محصول عمده را مشخص می¬نماید. با توجه به نتایج حاصل به نظر می¬رسد توصیف¬گر¬های جدید معرفی شده بر اساس انتروپی اطلاعات شانون برای حمله¬های هسته¬دوستی، الکترون-دوستی و رادیکالی در پیش¬بینی ناحیه¬گزینی در واکنش¬های آلی موفق عمل کرده¬اند. در قسمت دوم به بررسی خواص ساختاری، الکترونی و پارامتر¬های توپولوژیکی نانو¬پولک¬های گرافنی مثلثی با لبه¬های زیگزاگ درون نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید (gnf-beo) پرداخته می¬شود. برای دست¬یابی به این هدف، نانو¬صفحه¬ی گرافن و نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید و همچنین دو پیکربندی از ساختار¬های هیبریدی نانو¬پولک¬های گرافن با اندازه¬های مختلف درون نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید (gnf-beo) مورد مطالعه قرار گرفته¬است. تمامی محاسبات در این قسمت با نرم¬افزار siesta با استفاده از تقریب گرادیان تعمیم یافته (gga) و با مجموعه پایه¬ی قطبیده ? شکافته شده¬ی دو¬تایی (dzp) انجام گرفت. مشخص گردید با افزایش تعداد حلقه¬های کربنی درون ساختار نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید، طول پیوند¬ها در مرز بین نانو¬پولک¬گرافنی و نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید افزایش می¬یابد. انرژی اتصالی به ازای یک اتم برای تمامی نانو¬ساختار¬های مورد مطالعه، جهت بررسی پایداری ساختار¬های هیبریدی gnf-beo محاسبه شد. انرژی اتصالی به ازای یک اتم محاسبه¬شده برای نانو¬صفحه¬ی گرافن بیشتر از نانو-صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید است که ناشی از بر¬هم¬کنش کووالانسی قوی بین اتم¬های کربن ساختار گرافن می¬باشد. با افزایش اندازه¬ی نانو¬پولک در نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید، انرژی اتصالی به ازای هر اتم و در نتیجه پایداری سیستم افزایش می¬یابد که به نظر می¬رسد به¬دلیل جانشین شدن پیوند¬های یونی be-o با پیوند¬های کووالانسی و قوی c-c می¬باشد. طیف چگالی حالت (dos) به¬دست آمده نشان می¬دهد که با افزایش اندازه¬ی نانو¬پولک گرافن درون نانو¬صفحه¬ی بریلیوم¬اکسید، شکاف انرژی کاهش می¬یابد و به خواص الکترونی گرافن نزدیک می-شود؛ اما این روند کاهشی از نانو¬پولک ساخته¬شده از سه حلقه کربنی تا پانزده حلقه کربنی بسیار آهسته است. از این خاصیت می¬توان برای تنظیم شکاف انرژی برای استفاده در انواع دستگاه¬های الکترونیکی استفاده کرد. تجزیه و تحلیل توپولوژیکی نانو¬ساختار¬های معرفی شده که با روش hf/6-31g* انجام گرفته است، نشان می¬دهد پیوند¬های c-c و c-o موجود در این نانو¬ساختار¬ها خصلت کووالانسی و پیوند¬های be-o و be-c خصلت یونی دارند.