杂双核(H)Rh-Cr配合物中乙烯插入RhI—H键反应的密度泛函研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了配体和配位数对乙烯插入杂双核(CO)₄Cr(m-PH₂)₂RhH(L_n) (L＝CO或PH₃, n＝1或2)配合物中Rh—H键反应的影响. 计算结果表明, 六配位乙烯复合物中乙烯与铑之间轨道相互作用主要为乙烯到铑中心的s供体相互作用; 而五配位乙烯复合物中乙烯与铑中心间相互作用涉及乙烯到铑中心的s供体相互作用和铑到乙烯的p反馈作用. PH₃配体在热力学上不利于该反应. 处于氢配体对位的膦配体能加速乙烯插入反应. 乙烯插入的五配位反应途径占优势. Cr(CO)₄部分的引入降低了乙烯插入反应的活化能.     

铑-双膦配合物的咬角效应对催化1-十二烯氢甲酰化反应的影响

研究了HRh(CO)(PPh₃)₃-双膦配体(BISBI，BDPX，BDNA和BINAP)体系在1-十二烯氢甲酰化反应中的催化性能。4种双膦配体具有不同的空间结构，因而有不同的咬角(bite angle)，它们与铑催化剂前体HRh(CO)(PPh₃)₃进行配体交换后，形成不同的催化活性物种。4种复合催化剂体系中，HRh(CO)(PPh₃)₃-BISBI(咬角为120°)对直链醛的形成具有很高的区域选择性，这可能是因为形成了有利于生成直链烷基-铑的ee构型催化活性物种，其它3种双膦配体与HRh(CO)(PPh₃)₃组成的复合催化剂体系区域选择性没有多少变化，是与它们具有较小的咬角有关(BINAP85°，BDPX90°，BDNA104°)。上述4种HRh(CO)(PPh₃)₃ -双膦体系与HRh(CO)(PPh₃)₃-PPh₃体系相比较，催化活性较低，这可能是因为双膦的螯合配位作用使催化活性物种较稳定 。     

双核Au(I)磷硫配合物激发态性质和金属间弱相互作用的从头算研究

采用MP2和CIS方法分别优化双核Au(I)磷硫配合物, [Au₂(SHCH₂SH)₂]^2＋ (1), [Au₂(SHCH₂SH)(PH₂CH₂PH₂)]^2＋(2), [Au₂(PH₂CH₂PH₂)₂]^2＋ (3), [Au₂(SHCH₂SH)(SCH₂S)] (4), [Au₂(PH₂CH₂PH₂)(SCH₂S)] (5)和[Au₂(SCH₂S)₂]^2－ (6), 基态和激发态的结构. 计算结果表明基态时1～6中存在Au(I)-Au(I)弱吸引作用, 激发态时1～5的金属间相互作用明显增强而6则减弱, 这与实验研究结果一致. 单激发组态相互作用计算揭示: 磷硫配体的更替使得Au(I)配合物跃迁性质呈现MC→MMLCT→MLCT的规律性变化(MC: 金属中心; MMLCT: 金属金属到配体电荷转移; MLCT: 金属到配体电荷转移).     

CpRu(PPh3)2SSiiPr3与SCNR (R＝Ph, 1-Naphthyl)反应的结构、成键与机理的理论研究

应用密度泛函理论(DFT), 通过CpRu(PH₃)₂SSiⁱPr₃ (Cp＝环戊二烯负离子; ⁱPr＝异丙基)与SCNH模型化反应, 探讨了CpRu(PPh₃)₂SSiⁱPr₃ 与SCNR (R＝苯基, 萘基)的反应机理, 分析了反应所涉及的各相关化合物的结构与成键特征. 反应中首先失去一个膦配体, 生成一个中间体. 该中间体中, 硫原子采取sp²杂化, 硫原子剩余的一个p轨道与金属中心上的d轨道具有相同的对称性, 因而该p轨道上的孤电子对可与金属中心上的d轨道形成π键, 导致Cp环中心, Ru, S1, P和Si原子在同一平面内, 而不是S1, P和Si原子偏离该平面. 计算结果预测, S＝C双键中的p键打开, 生成含金属中心的四元环螯合物一步为反应的决速步骤. 空间位阻的减小、p共轭体系的生成以及螯合环的存在, 是导致该反应热力学有利的重要原因.     

1-亚甲基苯并咪唑-1,4,7-三氮环壬烷配体及其铜配合物[Cu(C14H21N5)Br]2•[CuBr4]的合成与晶体结构

采用新的方法合成了1-亚甲基苯并咪唑-1,4,7-三氮环壬烷配体, 利用该配体合成了一个新的铜配合物[Cu(C₁₄H₂₁N₅)Br]₂•[CuBr₄] ([Cu(C₁₄H₂₁N₅)Br]^＋•[CuBr₄]^2－•[Cu(C₁₄H₂₁N₅)Br]^＋), 并测定了它的晶体结构, 结果表明: 该配合物的晶体属于单斜晶系的C2/c空间群, 晶胞参数a＝1.96209(15) nm, b＝0.82319(5) nm, c＝2.39249(15) nm, α＝90.00°, β＝102.996(2)°, γ＝90.00°, V＝3.7653(4) nm³, Z＝4, μ(Mo Kα)＝8.083 mm^－1, D_c＝2.097 Mg/m³, F(000)＝2308, R＝0.0417, wR＝0.0945, GOF＝0.933. 该配合物由两个1-亚甲基苯并咪唑-1,4,7-三氮环壬烷一溴合铜配阳离子和一个四溴合铜配阴离子组成. 在两个配阳离子中, 每个Cu(II)离子与五个配位原子配位(四个氮原子和一个溴阴离子), 位于一个变形四方锥的中心. 在配阴离子中, Cu(II)离子与四个溴阴离子配位, 位于一个稍变形四面体的中心.     

含噻吩环的吡啶Ru(II)配合物的电子结构和非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法对含有噻吩环的吡啶Ru(II)配合物的电子结构和非线性光学(NLO)性质进行理论研究. 结果表明: 配合物[Ru^II(NH₃)₅L]²⁺(L为含噻吩环的有机基团)中, 配位原子与中心金属离子间没有形成稳定的化学键, 但存在较强的供体-受体(D-A)相互作用; NH₃被羰基(CO)取代后, Ru-C间形成了稳定的σ-π配键, 降低了受体的空轨道能级. 噻吩环的增加增大了体系的共轭程度, 有利于分子内电荷转移, 使配合物的极化率α和一阶超极化率β明显增加. 结合配合物的前线分子轨道分析发现, 电荷转移过程中, 对体系二阶NLO系数贡献较大的是配体内电荷转移(ILCT)和配体间电荷转移(LLCT)跃迁, 羰基引入后配体到金属的电荷转移(LMCT)使配合物[Ru^II(CO)₅L]²⁺比对应的配合物[Ru^II(NH₃)₅L]²⁺的β值增大约7倍.     

双胺配体[K2(L)(THF)2](L=[Ph2Si(NAr)2]2-, Ar=2,6-iPr2C6H3)构筑的两个低价稀土镱化合物

以双胺类配体[K₂(L)(THF)₂] (1)(L=[Ph₂Si(NAr)₂]^2-, Ar=2,6-ⁱPr₂C₆H₃)与二价稀土YbI₂(THF)₂的交换反应得到2个不同类型的化合物[Yb(L)(THF)₃] (2)和{Yb(L)₂[K(THF)₂]₂} (3)。对化合物进行X-射线单晶结构解析, 核磁共振和元素分析表征。研究结果表明:化合物2中, 通过1个双齿含氮配体和3个中性THF分子配位, 以五配位模式稳定二价镱稀土中心。而化合物3中二价稀土镱是与2个螯合胺类配体配位, 以共平面、四配位模式稳定其金属中心。K⁺恰好在配体的2个苯环之间, 形成独特的三明治结构, 有助于化合物的稳定。     

双胺配体[K2(L)(THF)2](L=Ph2Si(NAr)2, Ar=2, 6-iPr2C6H3) 构筑的两个低价稀土镱化合物

以双胺类配体[K₂(L)(THF)₂] (1)(L=Ph₂Si(NAr)₂, Ar=2, 6-ⁱPr₂C₆H₃)与二价稀土YbI₂(THF)₂的交换反应得到2个不同类型的化合物[Yb(L)(THF)₃] (2)和{Yb(L)₂[K(THF)₂]₂} (3)。对化合物进行X-射线单晶结构解析, 核磁共振和元素分析表征。研究结果表明：化合物2中, 通过1个双齿含氮配体和3个中性THF分子配位, 以五配位模式稳定二价镱稀土中心。而化合物3中二价稀土镱是与2个螯合胺类配体配位, 以共平面、四配位模式稳定其金属中心。K+恰好在配体的2个苯环之间, 形成独特的三明治结构, 有助于化合物的稳定。     

取代基对有机铬化合物分子内氢转移反应势垒的影响

使用密度泛函理论B3LYP方法研究了取代基对一系列有机Cr化合物(R₃)(R₄)Cr(≡CH)(CHR₁R₂)分子内α-H转移反应能垒的影响。确定了反应物、过渡态和产物的几何结构和反应势垒。研究结果表明,当R₁和R₂是甲基,R₃和R₄是PH₂基团、Silyl基团或Cl原子时,反应势垒最低。     

一系列d8配合物1,3[(dz2)(pz)]激发态和金属间相互作用的理论研究

采用MP2和CIS方法分别优化trans-[M₂(CN)₄(PH₂CH₂PH₂)₂] [M＝Pt (1), Pd (2)和Ni (3)]和trans-[M(CN)₂(PH₃)₂] [M＝Pt (4), Pd (5)和Ni (6)]的基态和^1,3[(d_z2)(p_z)]激发态结构. CIS计算显示1的激发态Pt-Pt距离相对基态变短, 而2和3的金属间距离却增长. TD-DFT方法合理地预测了1～6发射能, 如: 1在CH₂Cl₂溶液中分别拥有348和404 nm的荧光和磷光发射, 与实验的386和448 nm相对应. 在1～3的激发态中, d⁸-d⁸相互作用依次递减, 相应的发射跃迁能增加; 与单核配合物4～6相比, 金属间相互作用使得双核Pt配合物的发射波长红移, 而对双核Pd和Ni配合物影响很小.     

Au(II)化合物[Au(CH2)2PH2]2X2 (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.     

Au(II)化合物[Au(CH2)2PH2]2X2 (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.     

异核Au基电荷转移配合物的结构与Au-Rh配合物取代基效应和激发态的理论研究

采用SVWN、XαVWN和MP2方法优化了Au基电荷转移配合物[Au^ⅠM^Ⅰ(CNH)₂(PH₂CH₂PH₂)₂]²⁺(M=Co(1),Rh (2)和Ir(3))的基态结构。计算表明3种方法都能描述Au-M弱相互作用(Au-M距离在0.268～0.302 nm范围内,伸缩振动频率在99～139     

多吡啶配体和银(Ⅰ)三明治配合物的构筑、结构及光谱学分析

三个不同的多吡啶配体:2,3-二(2-吡啶基)喹喔啉(dpq)、2,3,7,8-四(2-吡啶基) 喹喔啉(tppq)和2,3,6,7,10,11-六(2-吡啶基)喹喔啉(hpdq)分别和银反应得到3个银的配合物:[Ag(dpq)(NO₃)₂]_n(1)、[Ag₄(tppq)₂(NO₃)₄](2)和[Ag₆(hpdq)₂(NO₃)₆] (3).结果显示,3个配体分别和银形成了四核(1)、四核(2)以及六核(3)的三明治单晶结构,1和2的四核结构依靠Ag和NO₃^-之间的相互作用进一步延伸为二维面,而3的六核结构依靠C-H…O的氢键作用形成三维网.此外,在研究3个配体和金属银在溶液中的光谱学性质时发现,配体hpdq和银反应的紫外吸收光谱和荧光发射光谱都要比其它2个配体灵敏度高.     

Cr(III)-取代磷钨杂多配合物对4-甲基吡啶的电催化氧化作用

利用Cr(III)-取代磷钨杂多配合物PW₁₁O₃₉Cr^III(H₂O)^4－的内球电子转移特性, 通过与反应活性中心Cr^III(H₂O)第六配位水分子的交换反应, 将4-甲基吡啶分子络合修饰到该活性中心上进行阳极催化氧化. 可见吸收光谱证实4-甲基吡啶和Cr^III(H₂O)中心进行配体交换反应生成PW₁₁O₃₉Cr^III(NC₆H₇)^4－; 而循环伏安和恒电位电解实验结果表明, 修饰在Cr(III)活性中心上的4-甲基吡啶分子每一步都经历2电子氧化, 依次生成吡啶-4-甲醇, 吡啶-4-甲醛和吡啶-4-甲酸. 由此提出了一个关于这类反应的分子内电催化模板机制, 为过渡金属取代杂多配合物作为间接氧化电催化剂的应用开辟了一条新途径.     

Cr(III)-取代磷钨杂多配合物对4-甲基吡啶的电催化氧化作用

利用Cr(III)-取代磷钨杂多配合物PW₁₁O₃₉Cr^III(H₂O)^4－的内球电子转移特性, 通过与反应活性中心Cr^III(H₂O)第六配位水分子的交换反应, 将4-甲基吡啶分子络合修饰到该活性中心上进行阳极催化氧化. 可见吸收光谱证实4-甲基吡啶和Cr^III(H₂O)中心进行配体交换反应生成PW₁₁O₃₉Cr^III(NC₆H₇)^4－; 而循环伏安和恒电位电解实验结果表明, 修饰在Cr(III)活性中心上的4-甲基吡啶分子每一步都经历2电子氧化, 依次生成吡啶-4-甲醇, 吡啶-4-甲醛和吡啶-4-甲酸. 由此提出了一个关于这类反应的分子内电催化模板机制, 为过渡金属取代杂多配合物作为间接氧化电催化剂的应用开辟了一条新途径.     

CH2CO＋CH2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(DFT)和自然键轨道理论(NBO)及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑(AIM)方法, 对单重态和三重态CH₂与CH₂CO反应的微观机理进行了研究. 在B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型. 在CCSD(T)/6-311＋G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量, 并对总能量进行了校正. 计算表明, 单重态CH₂与CH₂CO的C—H键可发生插入反应, 与C＝C、C＝O可发生加成反应, 存在三条反应通道, 产物为CO和C₂H₄, 从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑, 反应II更容易发生. 对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 三重态CH₂与CH₂CO的反应存在三条反应通道, 一条是与C-H键的插入反应, 另一条是三重态CH₂与C＝C发生加成反应, 产物为CO和三重态C₂H₄, 通道II势垒较低, 更容易发生. 最后一条涉及双自由基的反应活化能最大, 最难发生.     

Ni2＋与双甘氨肽相互作用的理论研究

使用密度泛函的B3PW91方法研究了Ni^2＋离子与二肽的相互作用, 优化了各种可能复合物的三重态、五重态和单重态. 研究结果表明所得配合物的基态为三重态, 基态复合物基本上是以二肽分子中碳链上的两个O原子和末端N原子形成的二齿或三齿配合物. 在气相中基态的最稳定复合物构型为三配位的³I, 而在溶液中为两性离子配合物³VIII. 在配合过程中, 静电相互作用占主导地位. 三重态的配位过程中配体的电子主要转移到空3d轨道和4s4p上而五重态中配体的电子主要转移到单占据d轨道上, 导致自旋密度转移到配体上去. 溶剂化过程中, 溶剂与溶质间的静电相互作用起主导作用.     

Ni2＋与双甘氨肽相互作用的理论研究

使用密度泛函的B3PW91方法研究了Ni^2＋离子与二肽的相互作用, 优化了各种可能复合物的三重态、五重态和单重态. 研究结果表明所得配合物的基态为三重态, 基态复合物基本上是以二肽分子中碳链上的两个O原子和末端N原子形成的二齿或三齿配合物. 在气相中基态的最稳定复合物构型为三配位的³I, 而在溶液中为两性离子配合物³VIII. 在配合过程中, 静电相互作用占主导地位. 三重态的配位过程中配体的电子主要转移到空3d轨道和4s4p上而五重态中配体的电子主要转移到单占据d轨道上, 导致自旋密度转移到配体上去. 溶剂化过程中, 溶剂与溶质间的静电相互作用起主导作用.     

醚类给电子体对Cr/PNP乙烯选择性齐聚体系催化反应性能的影响

采用实验和DFT计算相结合的方法,研究了4种醚类给电子体对Cr/PNP乙烯齐聚催化体系的影响.实验结果表明,C₆+C₈选择性和聚乙烯的选择性受给电子体种类影响各异.DFT计算表明,添加乙醚、甲缩醛、二噁烷和乙二醇二甲醚给电子体后,反应的速率决定步骤均从两分子乙烯氧化偶联成金属五元环转移到第四分子乙烯插入铬金属七元环.给电子体乙二醇二甲醚和甲缩醛的两个氧原子与铬中心在反应过程中发生单/双配位交替变化,其环状结构的大小和稳定性影响乙烯分子插入难易程度,从而影响反应选择性和活性.醚类给电子体对乙烯齐聚反应的影响是电子效应和位阻效应的协同作用,但位阻效应更加明显.另外,在甲基环己烷和甲苯两种溶剂下,乙烯齐聚体系能垒差小于1.5 kJ·mol^-1,在本体系中可以忽略甲基铝氧烷（MAO）中微量甲苯对反应性能的影响.