键能数据库简介

  化学反应的本质是反应物中特定化学键的断裂和生成。因此,表征化学键强度的物理量--键能既是理解和调控化学反应最基本的定量判据,也是物理、生物、能源、材料、医药等相关领域不可或缺的重要参数。半个多世纪以来,随着化学理论和研究手段的不断进展,越来越多的键能数据被相继报道,在很大程度上促进了化学和相关学科的发展。然而由于缺乏有关键能的综合性、权威性数据库,这些宝贵的键能数据资源仍旧藏匿于海量文献和个别书籍中,加之方法和标准不一致,十分不利特定键能数据的查询和正确使用。此外,数据的获取常易受人为因素干扰,故有相当数量键能数据的可靠性还有待甄别。这使得化学键键能这个最基本的定量参数未能充分发挥其应有的巨大潜力。为了解决这一重大缺失,在清华大学和天津化学化工协同创新中心大力支持下,ag现金注册|HOME和南开大学元素有机化学国家重点实验室键能研究团队对卷帙浩繁的键能文献进行归纳整理、对质量参差不齐的键能数据进行甄别筛选,建立了国际上首个涵盖全面、数据权威、使用便捷、对学术界免费开放的网络版键能数据库-iBonD(即internet Bond-energy Databank, http://ibond.chem.tsinghua.edu.cnhttp://ibond.nankai.edu.cn)。该数据库填补了国内外空白,可为广大研究人员的有机合成理性设计、反应机理研究、产物选择性预测等提供坚实的数据支撑,具有重要的学术意义和工业价值。

  作为国际上首个大型、综合性权威键能数据库,iBonD在保证数据可靠性的同时,也充分兼顾用户体验,切实做到使用便捷、重点突出。归纳起来,iBonD主要有以下几个特征:

  (1)、涵盖全面:已建成的iBonD数据库1.0版涵盖绝大部分已被实验测定的R-H键(约2万个化合物)在各种溶剂中的2.9万多个平衡酸度(即键的异裂自由能pKa)。升级后的iBonD 2.0版将囊括几乎所有已知气相R-H键均裂能BDE和各种介质(包括气相)中的pKa实验值。是迄今为止国际上关于化学键能领域综合度最高,收录数目最多的大型数据库。

  (2)、数据权威:数据库中的每一个键能参数均来自于文献正式报道的实验测定值,并经过细致的甄别筛选。对于每个数据,我们尽量给出其测量方法和相关原始文献等信息,因此每一条数据均有据可考。

  (3)、内容丰富:除了给出母体分子的均裂能和异裂能,iBonD还提供了相应的中间体的相关键能。以苯酚为例,iBonD不仅收录了已报道的苯酚的pKa和BDE参数,同样还涵盖其自由基正离子的pKa、其共轭酸(苯酚得到一个质子)的pKa、激发态的pKa等重要参数。由于中间体活性高,键能参数不易得到,这些珍贵的数据对有机合成和机理研究都有着重要的指导意义。

  (4)、快捷方便:作为国际上首个集多种检索功能为一身的网络版键能数据库,iBonD提供了名称检索、分子式检索和结构检索等丰富的检索模式。尤其是功能强大的结构检索,它能够进一步为用户提供相似检索、片段检索、通配符检索等多种人性化的检索模式,以满足不同用户的需求。此外,iBonD还提供了pKa范围(如:3 < pKa < 5)和溶剂(如:DMSO)筛选功能,为用户提供更加快捷高效的用户体验。

  (5)、重点突出:为了让用户更高效精确地定位到自己关注的键能参数,我们采取了若干策略:对于多元酸碱,按照酸碱强弱的顺序对每个化合物的解离位点进行标记(蓝色加粗);每一级解离的pKa分别列出;检索结果按照溶剂的首字母进行排序;对于模糊查询,匹配度高的结果会优先显示等。

  (6)、文献直达:为了让用户简便快捷地找到数据的来源,iBonD给出了每一条参数对应的原始文献。当鼠标悬停在文献编号上时,系统会显示文献的完整信息(ACS格式);当点击鼠标左键,网页会直接跳转到相应的文献下载页面。

  (7)、两种模式:为了满足不同层次使用者的需求,在拥有检索模式的同时,iBonD还为用户提供了浏览模式。按照化合物的种类,我们把数据库中的化合物分成了11大类,进一步细分成60余个小节。点击对应的章节,用户能够查看某一类化合物所有的键能参数。通过检索模式,用户能够快速准确地查到所需的键能信息;而浏览模式可以让用户(尤其是键能领域的初学者)对某一类化合物的键能范围有个宏观的了解。两种模式互相补充,相辅相成。

  (8)、多平台支持:iBonD数据库能够在Windows、IOS、Linix等多个平台上完美运行,并能够适配各个尺寸的电脑和手机、平板电脑等移动设备,能够随时随地助力科研。

  (9)、持续更新:由于化学理论的发展和科学技术的进步,新的、更精准的键能参数会源源不断地报道出来。只有推陈出新,不断地注入新鲜血液,键能数据库才能有旺盛的生命力。

  目前,iBonD 1.0版囊括了有机化合物在各种溶剂中的pKa参数近3万条,涵盖11类约2万个化合物,收录了2300余篇参考文献。pKa部分已于2016年3月15日在PC端和移动端同时上线,欢迎广大科研同仁免费使用。同时,该课题组也已经收集整理了有机化合物BDE参数2万余条,该部分内容也将会在近期推出的iBonD 2.0中与广大用户见面。在后续的工作中,程津培教授课题组将会定期对数据库进行更新。