基于非血红素铁模型配合物[FeⅣ(O)(N4Py)]2+的新型N杂环卡宾配合物的理论设计

基于四价非血红素铁模型配合物[FeⅣ(O)(N4Py)]2+, 通过理论计算设计出一种新型N杂环卡宾配合物[FeⅣ(O)(N4Py)]2+. 采用密度泛函理论B3LYP方法, 计算了[FeⅣ(O)(N4Py)]2+的几何结构和电子结构, 并研究了[FeⅣ(O)(N4Py)]2+使环己烷C-H键羟基化的反应机理. 结果表明, [FeⅣ(O)(N4Py)]2+的五重态能量比基态三重态能量高约5.7 kJ/mol, 故五重态几乎不能参与反应. 赤道方向的配位基N杂环卡宾(NHC)对FeO单元的σ-贡献要大于N4Py的贡献, 而它的空间位阻效应也大于N4Py, 因此2+的稳定性强于[FeⅣ(O)(N4Py)]2+. [FeⅣ(O)(N4Py)]2+的三重态的反应能垒比[FeⅣ(O)(N4Py)]2+的三重态反应能垒高2.0 kJ/mol, 且为单态反应, 所以[FeⅣ(O)(N4Py)]2+的反应活性要高于[FeⅣ(O)(N4Py)]2+.     

Fe原子活化乙烷的微观反应机理

本文采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311 G(d,p)基组水平上研究了Fe原子催化乙烷反应的微观反应机理,优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的构型,并在同一水平上计算了反应中各驻点的振动频率,运用自然键轨道理论(NBO)方法分析了各物质的成键情况和轨道间相互作用。Fe原子对乙烷的活化过程可分为C-C键活化及C-H键活化,分别释放出CH4和H2。     

Ce（H2O）n3+（n=1～6）水合性质的密度泛函理论研究

以TZ2P为基组,采用Becke- Perdew(BP)等10种密度泛函分别对Ce(H2O)n3+(n=1～6)体系进行几何优化.运用绝对平均误差分析得出在所计算的10种密度泛函中Becke-PBEc为最优泛函.振动光谱分析表明,Ce(H2O)n3+(n=1～6)体系随着n增大,即H2O配位数的增加,Ce和O之间的相互作用越来越弱,O和H之间的相互作用越来越强,振动吸收频率与键长的呈现良好的线性关系.电子结构分析表明,f轨道的孤对电子不参与Ce—O之间的成键.热力学分析表明,Ce3+不易形成低配位的水合离子,但是在适当温度压强以及动力学条件下铈的低配位水合离子有可能实现转变.     

氯化钕异丙醇配合物的电子结构与络合活化的研究

本文用INDO方法计算了氯化钕异丙醇配合物的电子结构。计算结果指出, 配位后, 与Nd-Cl键对应的分子轨道能量升高, Nd-Cl键级降低, Nd的正电荷降低, Cl的负电荷增多。从而表明。由于配位发生轨道重迭, 使得异丙醇氧的孤对电子移向钕离子的空价轨道。钕离子上的电子云密度增高加强了对Nd—Cl键的价电子的推斥作用, 使Nd-Cl间的价电子密度减小, 导致Nd-Cl键的削弱, 降低了键的能量, 有效地活化了Nd-Cl键,有利于生成活性物种的烷基化反应的进行。同时表明, 对Nd-Cl的络合催化有某种选择性。     

19电子配合物非线型M—C—O本质的密度泛函研究(M=Fe,Ru,Os)

采用密度泛函理论方法,对一系列19电子铁族配位化合物CpM(CO)2L·进行了结构优化和能量计算.计算结果表明:配体L为羰基时,同族三金属Fe,Ru和Os配合物中都会出现一个弯曲的M—C—O,金属M的电子转移到CO上以满足18电子规则的特征;当L为磷配体时,Fe配合物中2个M—C—O都是线型的.而Ru和Os两者表现类似,可以存在2种不同的结构:第1种是2个M—C—O都是线型的;第2种是有一个线型M—C—O,而另一个M—C—O是弯曲的.理论计算得到的弯曲结构更稳定的结果和实验相符.配合物几何结构的差异可以通过三金属原子的电子构型、原子半径和电子转移得到解释.     

过渡金属铁配合物Fe(CO)_(5-x)(PR_3)_x的结构与性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对一系列低价铁化合物Fe(CO)_(5-x)(PR_3)_x(x=1~3,R=H,F,Me)的几何结构、电子结构、成键特点以及热力学性质进行了理论研究。结果表明引入膦配体后不会造成Fe(CO)x(PR_3)_(5-x)的几何结构畸变,为略扭曲的三角双锥形。自然键轨道(NBO)分析显示,膦配体与羰基铁基团间存在电荷转移,有效增强Fe-CO之间的共价作用。多数稳定结构Fe(CO)x(PR_3)_(5-x)的第一膦配体解离能要比第一羰基解离能低,预示Fe(CO)_(5-x)(PR_3)_x的反应活性比Fe(CO)5有明显提高。     

Au(II)化合物[Au(CH_2)_2PH_2]_2X_2(X=F,Cl,Br,I)的量子化学理论研究

采用从头计算HF,MP2方法和密度泛函理论,对Au(II)系列化合物[Au(CH2)2PH2]2X2(X=F,Cl,Br,I)的几何结构、电子结构和振动频率进行了研究.研究表明Au的5d和6s电子参与Au—Au以及Au—X之间的成键.Au—Au,Au—X键强烈的电子相关作用使HF方法不适于该体系的研究,BP86和B3LYP两种泛函给出较大的Au—Au和Au—X键长,而MP2方法和局域的密度泛函方法则给出了合理的结构参数.局域密度泛函方法计算得到的Au—Au键和Au—X键振动频率也与实验数据符合较好.还运用含时密度泛函理论计算了[Au(CH2)2PH2]2X2的电子激发能,对分子在紫外-可见光谱范围内的电子跃迁进行了分析,考察了卤素配体对激发能的影响,并结合分子轨道能级的变化对此给予了解释.     

[Ru（MeIm）4L]^2＋（L=iip，tip，2ntz）的电子结构、DNA-键合、构效关系及光谱特征

采用密度泛函的方法,结合导体极化连续模型研究了水溶性二价钌．甲基咪唑类配合物[Ru（MeIm）4iip]^2＋。（1）、[Ru（MeIm）4tip]^2＋0＋（2）和[Ru（MeIm）42ntz]^2＋（3）的电子结构、DNA的键合倾向及构效关系,在水溶液中几何优化的基础上分析了配合物的电子结构特征,并合理解释了配合物与DNA的键合倾向．计算结果表明,在主配体上用噻吩代替咪唑取代基可以有效提高配合物与DNA的键合力;同时,在主配体的骨架上引入强电负性的N原子及NO2基团可以明显降低配合物最低未占据分子轨道能量及前沿分子轨道能量差．基于以上计算结果,预测所设计的配合物3具有最大的DNA键合力常数．另外,详细分析了配合物1、2的构效关系及抗肿瘤作用机理,并预测了配合物3的抗肿瘤活性．最后,用含时密度泛函方法对配合物的电子吸收光谱进行了计算和模拟,并与实验结果进行了对比分析．     

钴原子催化活化乙烷的反应机理

采用密度泛函理论B3LYP方法分别在两种不同基组水平上, 研究了Co原子催化乙烷反应的反应机理, 优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的构型, 并在同一水平上计算了反应中各驻点的振动频率, 运用自然键轨道理论(NBO)方法分析了各物质的成键情况和轨道间相互作用. 在两种不同基组水平上研究所得的反应历程及相应的能量变化趋势是一致的, 其活化过程可分为C—C键活化及C—H键活化, 分别释放出CH4和H2, 反应速控步骤的活化能后者较前者低, 因此, C—H键的活化较C—C 键活化容易进行.     

平面型四核铜簇合物Cu4(CH2XMen)4桥键性质的密度泛函研究

采用密度泛函B3LYP方法，用LanL2DZ和6—31G^＊基组分别优化了平面型四核铜簇合物Cu4（CH2SiMe3）4和Cu4（CH2XMe2）4（X=P，As）的几何构型，并对B3LYP／LanL2DZ方法优化的结构进行了红外振动频率计算和自然键轨道分析．结果表明，簇合物均呈笼状结构，Cu—C—Cu三中心桥键之间电子的离域增强了Cu簇合物的稳定性，配位C原子的C—H平伏键与C—Cu配位键之间存在σ-超共轭效应．     

有机-无机杂化化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的电子结构及铁磁性

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的FP_LAPW方法, 对以铜离子为磁性中心的化合物[Cu(μ-cbdca)(H2O)]n(cbdca=cyclobutanedicarboxylate)的电子结构及磁性质进行了计算. 对该材料的铁磁性、反铁磁性和非磁性三种状态下的总能量进行了计算. 计算结果表明, [Cu(μ-cbdca)(H2O)]n的铁磁态能量最低, 该化合物为稳定的铁磁性物质, 该结果与实验吻合较好. 对原子磁矩的计算结果发现, 铜原子对化合物磁性的贡献较大, 双齿配体上的氧原子和碳原子的贡献相对较小.     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c(a,b=1,2;c=0,1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBEO方法,金属原子采用SDD基组,H、C、O和N原子采用6-31G*基组,P和Cl原子采用6-311G*基组,对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1),双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化,并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能,通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质.通过计算发现,Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定.Ir-Hg相互作用强度顺序为3＜4＜2,且随着Ir-Hg相互作用强度增大,HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近.配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道,其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir,但3中Ir与Hg的相瓦作用较弱,只存在弱相互作用(电荷转移作用),表现为nIr→nHg的直接作用和σIr-P(1)→nHg、σIr-C(1)→nHg的间接作用.     

邻近C-H键对中心金属原子的配位作用—[Fe(PH3)3(C8H13)]+的定域分子轨道研究

采用INDO方法计算了{Fe[P(OMe)_3]_3(C_8H_(13))}~+的简化离子[Fe(PH_3)_3(C_8H_(13))]~+,将正则分子轨道用Edmiston-Ruedenberg定域化方法变换为定域分子轨道,结果表明:在对应C_1-H_(1A)键的定域分子轨道中,明显包含有铁原子轨道成分(7.8％),Fe-H_(1A)和Fe—C_1键级分别为0.190和0.302。指出C_1-H_(1A)键是以一对成键σ电子配位到铁原子上的。C_8H_(13)环以包含三个碳原子的η~4—共轭体系与铁原子相互作用。铁以二价(d~6-Fe(Ⅱ)的形式存在于该离子中。C_1-H_(1A)键的配位满足了文献[15]提出的Fe(Ⅱ)的共价12价。     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c (a,b=1, 2, c=0, 1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBE0方法, 金属原子采用SDD基组, H、C、O和N原子采用6-31G*基组, P和Cl原子采用6-311G*基组, 对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1), 双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化, 并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能, 通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质. 通过计算发现, Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定. Ir-Hg相互作用强度顺序为3<4<2, 且随着Ir-Hg相互作用强度增大, HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近. 配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道, 其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir, 但3中Ir与Hg的相互作用较弱, 只存在弱相互作用(电荷转移作用), 表现为nIr→nHg的直接作用和σIr—P(1)→nHg、σIr—C(1)→nHg的间接作用.     

[Cu3(μ10-bta)(μ2-C2O4)(H2O)2]n的水热合成与结构表征

有机-无机杂化材料因其在催化、化学吸附、磁性和电子导体等方面具有广泛的应用而成为人们的研究热点[1,2]. 通过过渡金属离子和特殊的有机配体之间的反应, 一系列具有独特结构的配位聚合物已被合成出来. 多齿有机配体可螯合两个或多个金属离子, 这些金属离子之间存在良好的电子交换[3], 可形成一维、二维或三维的配位聚合物. 均苯三甲酸和均苯四甲酸都是良好的桥连多齿配体, Chui等采用均苯三甲酸合成了具有吸附作用的大孔道的[Cu3(tma)2(H2O)]n[4] (tma=benzene-1,3,5-tricarb-oxylate)三维配位聚合物, 并且[Ni(C12H3ON6O2)]3(tma)*H2O[5], [M(tma)2]*12H2O(M=Co,Ni,Zn)[6], Na2[Co(H2O)6(bta)]*4H2O[7] (bta=benzene-1,2,4,5-tetracarboxylate)和[Co(phen)(md)][8] (phen=1,10-phenanthroline, md=benzene-1,3-dicarboxylate)等配位聚合物也先后被合成出来.     

MaterialSO2与Fe2O3生成Fe(Ⅱ)(aq)和硫酸盐的复相反应机理

使用DRIFTS, XPS, HPLC和IC考察了常温、常压和氧气存在下SO2与Fe2O3的复相反应, 结果表明, SO2在Fe2O3表面的反应活性与Fe2O3表面含水量密切相关, 表面含水量增加有助于Fe(Ⅱ)(aq)和硫酸盐的生成.室温下(T=291 K, 相对湿度68%), 每毫克Fe2O3在30 min内可消耗53.6 μg SO2, 生成12.6 ng Fe(Ⅱ)(aq)和56.2 μg SO2-4.反应产物 SO2-4的浓度比Fe(Ⅱ)(aq)的浓度高3个数量级, 表明在生成硫酸盐的复相反应中铁对SO2氧化具有非常高的催化活性.提出了Fe(Ⅱ)(aq) 和硫酸盐的生成机理.     

中性团簇(CeO_2)_m(m=1～3)活化甲烷C—H的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了CH4在电中性(Ce O2)m(m=1~3)团簇上的活化情况,并对其机理进行了探讨.计算结果表明,甲烷C—H键在团簇上的活化为亲核加成模式,电子由团簇流向甲烷C—H反键轨道,使甲烷C—H键削弱而得以活化,反应的过渡态为四中心结构.团簇的桥氧位活化甲烷C—H键的活性大于端氧位,而三重桥氧位的活性高于二重桥氧位.团簇中作用位点Ce和O原子的电荷布居与其活化甲烷C—H的能力密切相关.溶剂的存在不仅降低了甲烷C—H活化自由能垒,而且使与甲烷作用的团簇各位点的活性差异缩小.     

[Pt2(P2O5H2)4]4-和[Pt2(P2O4CH4)4]4-基态和激发态性质的理论研究

采用从头计算MP2和CIS方法分别优化等电子双核d8配合物[Pt2(P2O5H2)4]4-和[Pt2(P2O4CH4)4]4-的基态和激发态结构.结果表明基态Pt-Pt距离分别为0.2905和0.2987nm,与实验的0.2925和0.2980nm符合.NBO计算的Pt-Pt键级以及Pt原子间伸缩振动说明Pt-Pt相互作用具有吸引本质.CIS计算揭示电子激发到Pt-Pt的σ(pz)成键轨道使得相互作用增强.保持激发态几何,含时密度泛函理论(TD-DFT)计算的溶液发射分别为449和475nm,与实验值512和510nm接近.     

铂钌团簇活化甲醇C―H和O―H键的理论研究

采用密度泛函理论研究了Pt_nRu_m (n+m=3, n≠0)团簇活化甲醇C―H和O―H键的反应活性和机理. 分别给出以O―H和C―H键活化为初始步骤的势能曲线. 计算结果表明反应是以C―H键的活化为初始步骤; 三种团簇与甲醇反应的活性顺序为Pt₂Ru>Pt₃>PtRu₂. 前线轨道分析表明Pt_nRu_m团簇活化初始的C―H和O―H键的活化过程是质子转移(PT). 此外还讨论了溶剂化对反应的影响. 本研究可为C―H键和O―H键的活化提供更深入的理解, 为甲醇活化反应催化剂选择以及其使用条件的优化提供新思路.     

水溶液中四种脱氧核苷酸与水合铀酰离子相互作用的理论计算

运用密度泛函理论(DFT)方法 M06-2X,在相对论有效势基组水平下研究水溶液中水合铀酰脱氧核苷酸配合物[UO2(dNMP)(H2O)3]2+(d NMP=单磷酸脱氧核苷酸)的几何结构、能量和电子结构等性质,采用极化连续介质模型考虑水溶剂环境。结果表明,除了脱氧胸苷酸,其它脱氧核苷酸均以磷酸基团P=O键与铀原子形成的配位结构最稳定,4类配离子U=O键长值较接近,但配位键键长有所不同。脱氧腺苷酸配离子的总结合能最大,但脱氧腺苷酸变形能最小。振动光谱分析发现U=O键和P=O键伸缩振动频率均发生红移,脱氧腺苷酸配离子的变化程度最大。电子密度拓扑分析表明U-dNMP键和U-OH2键具有离子键性质。电荷转移分析显示配体片段向铀酰离子发生了电子转移,脱氧腺苷酸配离子中配体转移的电荷数最多。轨道成分分析表明,高占据轨道贡献主要来自脱氧核苷酸配体π轨道,而低阶空轨道基本是U的5f轨道组成,脱氧鸟苷酸配离子的HOMO-LUMO能级差最小。