Ih对称性硼、碳原子簇化合物的从头计算(I)──B32、C2B30及B32H322-的构型及稳定性

本文用从头计算方法研究了含32个顶点的硼烷B₃₂H₃₂^2-及裸原子簇B₃₂与C₂B₃₀的构型、稳定性及反应活性。B₃₂的优化计算结果表明,12个5配位与20个6配位两类硼原子不在同一球面时最稳定,而且所含两种B-B核间距离(R₅₆R₆₆)的优化值验证了Lipscomb的经验数值。B₃₂、B₃₂H₃₂^2-电子结构及原子布居的计算表明骨架成键轨道满足Wade规则。相应的计算还表明,中性BB₃₂H₃₂可能稳定存在,但构型的对称性将低于I_h对称,另外。对C₂B₃₀结合能的计算及前线轨道性质的分析表明,C₂B₃₀热稳定性较高,并且有较强的得电子反应活性。     

硼化合物研究(Ⅲ)——B10H102-、B12H122-以及B3H8-阴离子的二茂铁季铵盐的合成

本文通过B_nH_n^2-(n=10,12)及B₃H₈^-盐分别与C₅H₅FeC₅H₄CH₂N(R)Me₂Cl和Fe(C₅H₄CH₂N(R)Me₂Cl)₂(R=CH₃-,C₂H₅-,n-C₃H₇-,CH₂=CH-CH₂-和CH≡C-CH₂-)在水溶液中进行反应,合成了相应的三十个新的硼烷阴离子衍生物,这些化合物对水稳定性好,B₁₀H₁₀^2-及B₁₂H₁₂^2-衍生物对热、酸、碱和氧化剂均很稳定。研究了反应物之间的用量比例对反应产物的影响。实验结果表明,不论反应物之间的克分子比如何变化,只能得到相应的一种产物(产率90-98％)。     

乙硼烷离子和自由基结构的量子化学研究

用B₃LYP/6-311G(d,p)密度泛函方法对B₂H₅⁺阳离子和B₂H₅^·自由基的几何异构体的空间构型进行了优化,并在此基础上用QCISD(T)/6-311++G(3df,2p)偶合簇法进行了单点能计算和零点能校正.结果表明,B₂H₅⁺单态有2种稳定的几何构型(D_3h,C₁),其中C₁构型是新发现的.B₂H₅⁺三重态阳离子除已知C_s构型外,又发现两种稳定构型(C₁).对于B₂H₅^·自由基体系,共有4种异构体(包括两种新发现的构型C_s),其中,具有单桥结构的C_2v最稳定.用二级多体微扰理论和密度泛函方法对前人所认为稳定的B₂H₅⁺单态的C_2v构型进行了全优化,结果发现该构型始终具有一个虚频,不是稳定构型.对B₂H₅^-阴离子体系的单态和三重态进行的全优化,理论上得出单态时具有C_2v和C_s两种稳定构型,而三重态只有C_2v一种稳定构型.     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。     

气相离子-分子反应B2H3-+CS2——B2H3S-+CS的理论研究

用密度泛函方法B3LYP/6-311++G(d,p)和高级电子相关的偶合簇法CCSD(T)/6-311++G(d,p)研究了气相离子-分子反应B₂H₃^-+CS₂B₂H₃S^-+CS的机理.结果表明,B₂H₃最可能进攻CS₂中碳原子形成三元环中间体,随后通过氢迁移和最终消除CS的反应步骤形成硫原子转移产物H₃BBS^-+CS,反应大量放热且不需要活化能.B₂H₃直接对CS₂中硫原子进攻夺取硫原子的反应方式存在一定能垒阻碍.计算结果有助于深入了解B₂H₃,B₃H-6和B₄H₇^-等缺电子硼氢负离子的反应行为.     

配合物Cu(C14H9NO3)(C3H4N2)的合成、晶体结构及性质研究

合成了配合物Cu(C₁₄H₉NO₃)(C₃H₄N₂)[C₁₄H₉NO₃^2- 为N-(2-羧基苯基)-水杨醛亚胺,C₃H₄N₂为咪唑].晶体属正交晶系,空间群Pca2₁,晶胞参数a=0.94453(12)nm,b=1.12278(9)nm,c=2.9123(4)nm,V=3.0885(6)nm³,Mr=370.84,Z=8,最终的偏离因子R=0.036,wR=0.087,GOF=0.975.三齿Schiff碱配体中的二个氧原子、一个氮原子和咪唑的一个氮原子与铜原子配位,形成扭曲的平面正方形结构.通过元素分析,IR,UV,CV和TG表征了配合物的结构.     

硼化合物的研究(Ⅳ)——硼烷阴离子铵盐的合成与性质

通过硼烷阴离子网-B₃H₈^-和闭-B₁₀H₁₀^2-与一系列卤化铵反应合成出十五种新的硼烷阴离子铵盐。这些新化合物均经元素分析和红外光谱鉴定。它们的差热分析结果表明:B₁₀H₁₀^2-铵盐的热稳定性高于B₃H₈^-铵盐;在季铵离子中导入氨基以后,化合物的热稳定性降低,并且导入的氨基愈多,化合物愈不稳定。     

C59O的结构、电子光谱及NMR谱的理论预测

用INDO系列方法对C₆₀的取代产物C₅₉O进行几何构型优化,得到Cs对称性的稳定构型,以此构型为基础,计算并预测了C₅₉O的电子光谱和NMR谱.最后与C₅₉O的等电子分子体C₆₀^2-及C₆₀O进行了比较.     

十二氢十硼双二乙基硫醚络合物新合成法的研究

本文研究了十氢十硼酸和它的各种盐类的开笼反应,找到了合成十二氢十硼双二乙基硫醚络合物[B₁₀H₁₂·(Et₂S)₂]的两个新方法.其一,以十氢十硼酸为质子源,水为配位的Lewis碱,打开稳定的B₁₀H₁₀^2-笼状骨架,随后用二乙基硫醚处理所得的混合物;其二,以硫酸为质子源,二乙基硫醚为Lewis碱打开B₁₀H₁₀^2-的笼状骨架.与文献方法比较,缩短了反应时间,提高了硼的利用率.这些反应与裂解法制备十氢十硼酸双四乙基铵相结合,完成了一条不经过高毒性的十硼烷(14),而由稳定的简单硼氢化合物制备1,2-二碳代-闭-十二硼烷(12)的新的实用路线.     

六核簇离子Te64+和P64-的电子结构与化学键

本文用EHMO法计算六核簇离子Te₆⁴⁺和P₆^4-的电子结构。分析与它们相同构型的棱柱烷C₆H₆和苯在成键性质上的差异。结果表明,这两簇离子的多余价电子填充到能级略高于自由原子p轨道的弱反键分子轨道。     

硼化合物的桥原子价及其反应活性的理论研究

根据原子价的量子化学定义,采用3-21G基组的ab initio方法,对B₂H₆及其桥原子取代物H₄B₂X₂(X=F,Cl,OH,NH₂,CH₃)进行几何构型优化,讨论桥原子的成键特征,并计算了B₄H₁₀、B₅H₉和B₅H₁₁等硼氢化合物的原子价,讨论了它们的亲电和亲核取代反应活性。     

碱土金属Ben (n=1~3)对B12团簇结构的调控研究

基于第一性原理, 系统地研究了Be_n (n=1~3)对B₁₂团簇结构的调控. 结果表明: 团簇BeB₁₂全局极小结构为C_s对称性准平面结构, 而Be₂B₁₂和Be₃B₁₂最稳定的结构均为笼状结构, 对称性分别为C_s和C_2v. 随着Be_n (n=1~3)原子数的增加, 团簇B₁₂由准平面结构过渡到笼状结构, 且Be倾向内嵌在B₁₂笼状结构表面的B₇或B₈单元环中, 通过离子和共价作用形成稳定Be&B₇和Be&B₈单元, 从而稳定笼状结构. 自然键轨道(NBO)分析表明, 团簇C_s BeB₁₂, C_s Be₂B₁₂, C_2v Be₃B₁₂内部存在电子转移情况, Be原子2s轨道上失去电子, Be—B键主要以离子作用为主, 同时也存在共价作用. 成键分析显示C_s Be₂B₁₂和C_2v Be₃B₁₂的π键遵循球状芳香性2(n+1)² (n=1)电子计数规则, 表明该团簇具有球状芳香性. 预测了三个结构的红外和拉曼光谱, 为以后的合成实验和数据表征提供了理论基础.     

辅酶B12模型化合物的研究(Ⅵ)──轴向及平面配体对RCo(salen)L和RCo(SB)L中Co─C键稳定性的影响

合成与表征了两类14种烷基钴Schiff碱配合物RCo(chel)L(R=CH₃,C₂H₅,n-C₃H₇,n-C₄H₉,i-C₄H₉;chel=salen,SB;L=Py,γ-pic,PPh₃),其中RCo(SB)L是一类新的辅酶B₁₂模型化合物,五配位的C₂H₅Co(SB)也是首次报道。研究了在固态和溶液中配合物的性质,并讨论了影响配合物中Co─C键稳定性的因素。     

大黄素的电化学氧化还原机理研究

本文利用循环伏安法(CV)、红外光谱循环伏吸法(CVA)和导数循环伏吸法(DCVA)研究大黄素(Q)在乙腈溶剂中的电子转移机理.Q的还原过程中阴离子自由基Q^?-会结合中性分子Q生成二聚物Q₂^?-.Q₂^?-在更负的电位下进一步还原为Q₂^2-.当扫描范围为-0.2 ~ -2.0 V时,经过一个循环伏安过程,在扫描结束物质并没有回到反应物Q,而是Q₂^2-. Q₂^2-会继续发生电化学反应,经历两步一电子过程,分别生成Q₂^3-. 和Q₂^4-.,对应CV图中峰C₃和C₄.当扫描范围扩大至1.0~-2.0 V时,在更正的电位下,观察到两个新的氧化峰A₁和A₂,该范围内的三圈扫描结果表明,在扫描结束物质重新氧化回到Q.当扫描范围缩小至0.3 ~ -1.4 V,A2峰随着扫描圈数的增加而增大,与A2峰对应的氧化产物Q₂^?-在溶液中不断积累.A1峰对应于Q₂^?-氧化回到Q.     

trz-Cl-Cu-PMo12的合成、 表征及催化氧化碘离子性能

以H₃PMo₁₂O₄₀为前驱体, 采用水热法使1,2,4-三氮唑-3-甲酸进行原位脱羧后, 合成了1,2,4-三氮唑修饰的Keggin型多金属氧酸盐基金属-有机框架化合物(trz-Cl-Cu-PMo₁₂), 并通过X射线单晶衍射、 红外光谱(IR)、 热重分析(TG)、 X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)及元素分析等手段对其进行了表征. X射线单晶衍射及元素分析表明, 该晶体化合物的结构式为[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄][PMo₁₂O₄₀][Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄], 且由1个经典的 Keggin 型[PMo₁₂O₄₀]^3-和2个[Cu₆Cl_0.5(C₂H₂N₃)₄]^1.5+以近似中心对称的方式构成, 各组分之间通过超分子作用形成一维(1D)~三维(3D)结构. 催化性能研究结果表明, 该非均相催化剂在催化过氧化氢氧化碘离子为碘单质的反应中, 经4 min 35 s到达终点时, 反应速率高达1.42×10^-5 mol·L^-1· s^-1, 碘单质生成速率提高了约551倍. 催化剂重复使用8次, 转化率仍然高达99.6%, 表现出优异的催化活性, 且具有良好的可重复性.     

RE(C5H8NS2)3(C12H8N2)(RE=La,Pr,Nd,Sm)的标准摩尔生成焓测定研究

在无水乙醇中,使低水合氯化稀土(RE=La, Pr, Nd, Sm)与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDC)和1,10-邻二氮菲(σ-phen·H₂O)反应,制得其三元固态配合物.用化学分析和元素分析确定它们的组成为RE (C₅H₈NS₂)₃(C₁₂H₈N₂) (RE= La, Pr, Nd, Sm).IR光谱说明RE³⁺分别与3个PDC-的6个硫原子双齿配位,同时与σ-phen的2个氮原子双齿配位,配位数为8.用精密转动弹热量计测定了它们的恒容燃烧热Δ_cU,分别为-17776.94±7.72, -17810.41±7.93, -17762.71±7.91和-17482.42±9.35 kJ·mol^-1;并计算了它们的标准摩尔燃烧焓和标准摩尔生成焓,分别为-17792.43±7.72, -17825.90±7.93, -17778.20±7.91, -17497.91±9.35 kJ*mol^-1和-83.05±8.60, -64.70±9.40, -104.77±8.78, -388.70±10.13 kJ·mol^-1.估算出未研究的同类配合物Ce(C₅H₈NS₂)₃(C₁₂H₈N₂)和Pm(C₅H₈NS₂)₃(C₁₂H₈N₂)的和分别为-17815, -17660 kJ·mol^-1和-60, -217 kJ·mol^-1.     

Al+与乙硫醇团簇的气相化学反应的实验和理论研究

利用激光溅射-分子束的方法研究了Al⁺和乙硫醇的气相化学反应,结果观察到了Al⁺与1～6个乙硫醇分子形成的团簇离子. 对团簇离子进行了密度泛函理论计算,找到了两种类型的异构体Al⁺(C₂H₅SH)_n和HAl⁺SC₂H₅(C₂H₅SH)_n-1,计算得到了相应的稳定结构和能量.分析质谱信号强度,结合理论计算结果,可推测出实验得到的n=1的产物离子是Al⁺(C₂H₅SH). n=2和3时产物离子开始转变为HAl⁺SC₂H₅(C₂H₅SH)_n-1, n=4时,HAl⁺SC₂H₅(C₂H₅SH)₃和Al⁺(C₂H₅SH)₄两种产物离子都存在,n≥5以后,团簇离子Al⁺(C₂H₅SH)_n开始成为主要的产物离子.     

Jahn－Teller变形后C60－的结构和电子光谱

用INDO系列方法对C₆₀^－进行几何构型优化,得到D_3d对称性的构型,表明C₆₀^－确实发生了Jahn-Teller畸变,导致单键变短,双键变长,形成10种键,6种不等同碳原子,并以此构型为基础,计算了C₆₀^－的电子光谱,与实验结果吻合;同时对光谱进行了理论指认;最后对C₆₀^－的3种构型：D_5d,D_3d,D_2h的几何构型、能量、光谱和反应特性进行了分析、比较和总结。     

中间体C60(CH3)-和产物C60(CH3)2的结构及产物

用INDO系列方法对C₆₀^2-与CH₃反应的中间体C₆₀(CH₃)^-进行理论研究,得到具有Cs对称性的构型。结果表明,CH₃加成到C₁₅上,将使与其相邻的双键碳(C₃₀)的电荷密度和自旋密度达极大值,故加成反应部位在C₃₀处;另外,C₁₅的对位C₁₂(或C₂₇)也较其它部位易于反应,且有两个反应场所,因而产物C₆₀(CH₃)₂可能为六元环上的1,2-加成和1,4-加成两种异构体的混合物。同时对两种加成产物的结构和电子光谱进行了理论研究,指认其电子跃迁,并讨论了其光谱红移的原因。     

UTSA-280的氨改性以及C2H4/C2H6分离性能研究

炼厂干气中回收乙烯是扩宽C₂H₄来源的有效途径,但C₂H₄和C₂H₆物理性质和分子尺寸非常接近,分离困难.金属有机骨架材料（MOFs）近年来在低碳烃分离领域展现出广阔的前景.本工作采用氨吸附改性调节UTSA-280的结构,通过一维直孔道大小的调节实现C₂H₄/C₂H₆的高效分离.改性后的UTSA-280具有独特的超微孔结构能提升C₂H₄的吸附,而完全不吸附稍大的C₂H₆,实现理想的C₂H₄/C₂H₆吸附选择性（>1000）.结果表明,改性后的UTSA-280的C₂H₄吸附量可提高至2.83 mmol/g,与未改性的材料相比增加29%,并且能阻挡C₂H₆的吸附,最终达到>1200的C₂H₄/C₂H₆选择性.蒙特卡罗分子模拟（GCMC）计算C₂H₄/C₂H₆混合气体（1：1）的吸附得出,改性后UTSA-280孔内的C₂H₄吸附相比于C₂H₆具有更多的吸附分布.通过C₂H₄/C₂H₆混合气体穿透实验测试,改性后的UTSA-280材料能展现出48 min以上的分离时间,相比于未改性的材料,分离性能提升近1倍.