含多个氧化还原中心的卟啉化合物的电化学及光谱电化学行为(Ⅰ)

在DMF及DMSO中用循环伏安法、现场紫外可见光谱电化学方法及现场FT-IR光谱电化学方法研究了含多个氧化还原中心的卟啉化合物[四(对-硝基苯基)卟啉合钴(Ⅱ)]的氧化还原性质。指出该化合物的第一步氧化或第一步还原为中心金属钴失去或得到1个电子；第二步还原为卟啉环meso位的4个对硝基苯基上的硝基在同一电位下各得1个电子,形成相应的阴离子自由基；第三步还原为卟啉环得到1个电子,但该步反应不可逆。同时发现硝基与卟啉环及中心金属钴之间存在分子内电子相互作用,而4个硝基取代基之间未发现分子内电子相互作用。     

现场傅里叶变换-红外光谱及紫外-可见光谱电化学研究高氯酸四苯基卟啉合锰(Ⅲ)氧化还原机理

本文以现场透射傅里叶变换-红外光谱及紫外-可见光谱电化学方法,研究了高氯酸四苯基卟啉合锰(Ⅲ)在二氯乙烷溶液中电极氧化还原的机理,发现了红外及紫外—可见光谱电化学的证据,表明该锰(Ⅲ)卟啉的第一步还原反应的电子转移发生在金属中心上,生成锰(Ⅲ)卟啉,而第一步氧化反应是发生卟啉环上,生成锰(Ⅲ)卟啉环阳离子自由基。     

H2TP(o-NO2)TBP及其锌和钴配合物的光谱电化学研究

采用循环伏安以及电化学和电子吸收光谱联用技术研究了邻硝基四苯基四苯并卟啉(H2TP(o-NO2)TBP)及其锌和钴配合物在DMF介质中的氧化和还原性质.结果表明 H2TP(o-NO2)TBP及其锌配合物的氧化和还原均发生于卟啉的大环π电子结构,伴随有紫外-可见光谱的明显变化,氧化和还原过程均为可逆.钴配合物的第一氧化和还原均发生于中心金属离子,第二氧化发生于卟啉的大环π电子结构.     

H2TP(o-NO2)TBP及其锌和钴配合物的光谱电化学研究

采用循环伏安以及电化学和电子吸收光谱联用技术研究了邻硝基四苯并卟啉（H2TP（o-NO2)TBP）及其锌和钴配合物在DMF介质的中氧化和还原性质。结果表明H2TP（o-NO2)TBP及其锌配合物的氧化和还原均发生于卟啉的大环π电子结构,伴随有紫外-可见光谱的明显变化,氧化和还原过程为可逆。钴配合物的第一氧化和还原均发生于中心金属离子,第二氧化发生于卟啉的大环π电子结构。     

烷基钴卟啉[(TPP)CoR]的电化学合成和现场伏安/现场光谱电化学研究

本文报道甲基、乙基、丙基和丁基钴卟啉化合物的电化学合成和现场伏安、现场光谱电化学研究,烷基化反应的速度被确定.这些烷钴卟啉还原反应生成烷基饱和的四苯基chlorin钴化合物.     

烷基钴叶啉[(TPP)CoR]的电化学合成和现场伏安/现场光谱电化学研究

本文报道甲基、乙基、丙基和丁基钴卟啉化合物的电化学合成和现场伏安、现场光谱电化学研究.烷基化反应的速度被确定.这些烷基钴卟啉还原反应生成烷基饱和的四苯基chlorin钴化合物.     

电化学及光谱电化学方法研究辅酶B_(12)模型化合物的生成与解离.Ⅰ.

本文用电化学及光谱电化学方法研究了钴卟啉与苄基氯的相互作用,表明形成有σ钴—碳键的辅酶B_(12)模型化合物的前提条件是钴卟啉的中心钴氧化态必须降低到I价.讨论了σ钴—碳键的形成和解离与电位的关系,现场检测到辅酶B_(12)模型化合物的形成和解离的紫外可见光谱,提出了钴卟啉与苄基氯的ECE作用机理.     

四(对－硝基)苯基卟啉锰配合物的光谱电化学性质

应用循环伏安、现场紫外可见光谱和红外光谱电化学技术确认了四(对-硝基)苯基卟啉锰配合物产生不同氧化态锰卟啉的电位及其电子光谱和振动光谱特征,发现卟啉周环上硝基的还原发生在Mn²⁺还原之后,金属价态变化敏感带出现在1597、1523、1207、825和806cm^-1附近。     

四（对—硝基）苯基卟啉锰配合物的光谱电化学性质

应用循环伏安，现场紫外可见光谱和红外光谱电化学技术确认了四（对－硝基）苯基卟啉锰配合物产生不同氧化态锰卟啉的电位及其电子光谱和振动光谱特征，发现卟啉周环上硝基的还原发生在Ｍｎ＾２＋还原之的一，金属价态变化敏感带出现在１５９７、１５２３、１２０７、８２５和８０６ｃｍ＾－１附近。     

电化学及光谱电化学方法研究辅酶B~12 模型化合物的生成与解离.I.

本文用电化学及光谱电化学方法研究了钴卟啉与苄基氯的相互作用,表明形成有σ钴-碳键的辅梅B~12模型化合物的前提条件是钴卟啉的中心钴氧化态必须降低到I价.讨论了σ钴-碳键的形成和解离与电位的关系,现场检测到辅酶B~12模型化合物的形成和解离的紫外可见光谱,提出了钴 中啉与苄基氯的ECF作用机理.     

氯离子存在下四苯基卟啉合锰的电化学和现场光谱电化学II. 氧化过程

本文研究了氯离子滴定过程中四苯基卟啉合锰氧化过程的常规循环伏安、薄层循环伏安及现场紫外-可见光谱电化学行为。发现在1摩尔比的Cl^-存在下, 四苯基卟啉合锰经历了Mn(III)/Mn(III)环阳离子自由基及进一步氧化为环两价阳离子的过程, 并伴随有异卟啉生成的后行化学反应, 当2摩尔比的Cl^-存在时, 反应机理转变为Mn(III)/Mn(IV), Mn(IV)/Mn(IV)环阳离子自由基并伴随有异卟啉生成反应的两个氧化步骤。提出了与这一滴定过程相关的氧化还原反应机理。     

氯离子存在下四苯基卟啉合锰的电化学和现场光谱电化学II. 氧化过程

本文研究了氯离子滴定过程中四苯基卟啉合锰氧化过程的常规循环伏安、薄层循环伏安及现场紫外-可见光谱电化学行为。发现在1摩尔比的Cl^-存在下, 四苯基卟啉合锰经历了Mn(III)/Mn(III)环阳离子自由基及进一步氧化为环两价阳离子的过程, 并伴随有异卟啉生成的后行化学反应, 当2摩尔比的Cl^-存在时, 反应机理转变为Mn(III)/Mn(IV), Mn(IV)/Mn(IV)环阳离子自由基并伴随有异卟啉生成反应的两个氧化步骤。提出了与这一滴定过程相关的氧化还原反应机理。     

金属卟啉的电化学性质与其催化氧化α-蒎烯性能的关系

 采用循环伏安法对一系列四苯基金属卟啉的电化学氧化还原性质进行了研究,考察了四苯基金属卟啉的第一还原电位与其催化氧化α-蒎烯性能的关系. 结果表明,各四苯基金属卟啉催化空气氧化α-蒎烯转化率的大小顺序为 TPPMnⅢCl＞TPPCoⅢCl＞TPPFeⅢCl＞TPPCuⅡ≈TPPNiⅡ≈TPPZnⅡ,除TPPCoⅢCl外,基本与其第一还原电位的大小顺序一致. 随着卟啉环上取代基供电子能力的减弱,各取代基铁卟啉和锰卟啉的第一还原电位E1值均逐渐减小,表现在催化体系中是它们越容易被还原而引发反应,催化氧化α-蒎烯的转化率逐渐升高. 四苯基铁卟啉和锰卟啉的第一还原电位E1与其卟啉环上对位取代基常数σ*之间均有良好的线性关系.     

四(对-甲酰基二茂铁-3-乙氧基)苯基卟啉的合成及电化学性质

设计合成了一种由卟啉与二茂铁通过共价键连接的四(对-甲酰基二茂铁-3-乙氧基)苯基卟啉化合物(Fe-PH₂), 采用红外光谱、核磁共振氢谱和紫外光谱等手段对其结构进行了表征, 证实所合成的为目标产物. 紫外光谱和荧光光谱结果表明, 该卟啉体系内部给受体之间在基态下存在弱的相互作用, 而在激发态下存在较强的相互作用. 电化学测试结果表明, 连接4个二茂铁基的Fe-PH₂具有更丰富的氧化还原性质.     

羟基卟啉化合物的电化学、顺磁共振及时间分辨光电压性质

通过循环伏安法、电子顺磁共振谱和时间分辨电压光谱研究了羟基取代基数目和位置的不同对羟基苯基卟啉化合物的电化学、电子顺磁共振和时间分辨光电压性质的影响. 研究结果表明, 所有氧化还原反应都是在卟啉环上进行的. 卟啉周边取代基数目的增加使得卟啉共轭体系平均电子云密度增大, 导致体系易氧化而难以还原. 对称性增强可能使卟啉化合物的半波电位值向正方向移动, 羟基取代基的给电子效应对于卟啉化合物电化学性质的影响起主导作用. 常态下卟啉分子没有EPR信号, 在光的激发下, 卟啉分子由原来的逆磁性分子变成顺磁性的激发三重态分子, 这种激发三重态分子在分子轨道上具有两个未成对电子, 这两个电子相距很近, 彼此之间发生很强的相互作用而产生电子, 它的g值随卟啉共轭体系平均电子云密度增大而变大. 时间分辨光电压是由分子中的自由光声载流子的存在而产生的, 光电压的衰减与分子结构密切相关, 它们的电荷分离速度基本上随卟啉周边羟基取代基数目的增加而减慢.     

以卟啉为前驱体制备的M-N-C(M=Co,Fe,Mn)催化剂中不同过渡金属中心对催化乙苯氧化反应的影响

近年来,过渡金属氮碳材料由于其廉价、高效与持久耐用的性质得到广泛研究,被视为钯基催化剂的良好替代品.除了可应用于电催化领域,过渡金属氮碳材料还可作为有机反应催化剂,并显示出良好的催化性能.金属卟啉化合物因其高效模拟自然酶的仿生催化功能而闻名,然而在均相催化体系中其难回收、易自我氧化失活的缺点大大阻碍了其实际应用.对金属卟啉进行热处理是提高其催化性能与稳定性的有效方法.此外,作为内部含有金属-氮配合键的含碳大环化合物,金属卟啉是一步合成金属氮碳材料的良好前驱体.本课题组已证明以金属钴卟啉作为前驱体制得的金属氮碳催化剂具有良好的催化乙苯氧化性能.在此基础上,本文采用含有不同过渡金属中心的四苯基金属卟啉(四苯基钴卟啉、四苯基铁卟啉和四苯基钴卟啉)为前驱体,通过无模板法热处理制备了过渡金属氮碳催化剂M-N-C (M=Co,Fe,Mn),考察不同过渡金属中心对催化剂性能的影响.所得催化剂采用N2吸附-脱附、热重(TG)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱进行了表征.N2吸附-脱附结果表明,所得M-N-C材料具有不同的比表面积与孔道结构,其中Co-N-C催化剂比表面积最大.TG显示,不同金属卟啉的失重情况不同,四苯基钴卟啉失重最多,四苯基铁卟啉次之,四苯基锰卟啉失重最少.从TEM和Raman结果可见,所得不同金属氮碳材料具有不同的石墨化程度,其中Co-N-C材料具有明显的石墨化层状碳结构,石墨化程度最高,Fe-N-C材料次之,而Mn-N-C材料中的碳主要呈片状无定形状态,表明其石墨化程度最低.这可能是不同过渡金属中心在加热过程中对卟啉结构碳化过程催化效果不同所致,其中钴中心对卟啉结构碳化过程的催化效果最佳.另外,考察了该M-N-C催化剂在无溶剂条件下催化分子氧选择性氧化乙苯的性能.结果发现,不同金属中心的M-N-C催化剂表现出不同的催化性能.这可能归因于金属种类的不同、所得催化剂碳氮结构的差别以及金属中心与氮碳结构的协同效应.此外,这些M-N-C材料作为多相催化剂在以氧气为氧源的无溶剂选择性氧化乙苯反应中表现出良好的催化性能,且多次使用后没有明显的活性损失,具有良好的回收使用性能.     

OH-存在下四苯基卟啉合钴氧化过程的电化学和光谱电化学

本文利用薄层伏安和现场光谱电化学方法考察了在EtCl~2中OH^-存在下四苯基卟啉合钴(TPP)Co^11的电极氧化反应。在低浓度OH^-存在下, (TPP)Co^11与OH^-生成一配位的配合物(TPP)Co^11(OH)^-, 此配合物不可逆地被氧化为(TPP)Co^111(OH)^-, 氧化峰电位负移到0.53V。而卟啉环第一步氧化电位也负移到0.88V。在高浓度OH^-存在下, (TPP)Co^11(OH)^-氧化生成(TPP)Ca^111(OH)~2^2-,氧化电位随OH^-浓度增加向负移。卟啉环第一步和第二步氧化电位分别负移到0.57V和1.07V。同时观察到第二步氧化伴随后行化学反应, 产物氧化电位在1.32V。测定了(TPP)Co^11(OH)^-, (TPP)Co^111(OH)^-和(TPP)Co^111(OH)~2^2-,(TPP)^+Co^111(OH)^-和(TPP)^+Co^111(OH)~2^2-各级配位化合物稳定常数。提出一个在OH^-滴定过程中(TPP)Co的各步配位反应及电化学反应的机理。     

中性配体存在下(OEP)Co的电化学和光谱电化学研究

本文以循环伏安跟踪的电化学滴定,结合现场紫外-可见薄层光谱电化学方法,研究了丙烯腈、乙醇、二甲基甲酰胺和二甲基亚砜等电中性轴向配体的配位反应及其对(OEP)Co三步单电子氧化步骤的影响,计算了(OEP)Co(Ⅲ)与四种配体的配合常数,表明配位能力的大小顺序为丙烯腈<乙醇<二甲基甲酰胺<二甲基亚砜。(OEP)Co(Ⅲ)可以和一个或两个丙烯腈或乙醇分子形成五配位或六配位的化合物,但是只出现和两个二甲基甲酰胺或二甲基亚砜分子形成六配位化合物;发现(OEP)Co(Ⅱ)并不与这些配体在轴向配位。在环阳离子自由基状态下,钴中心的配位性依然存在但强度减小。讨论了这些体系的电化学-配位反应机理。     

吸电子取代基(2-硝基)金属卟啉的轴向加合反应的研究

本文报道了用电子吸收光谱和电化学方法系统地研究卟啉环上具有吸电子取代基(—NO_2)的四苯基卟啉[H_2TP(2-NO_2)P]的Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Fe的配合物与一系列含N有机碱的加合作用,测定了加合常数、加合分子数,总结了吸电子基团对金属卟啉的轴向效应以及中心金属离子和卟啉环氧化还原性的影响。     

电化学氧化增强金属钴卟啉的自组装研究

应用电化学方法将钴(Ⅱ)卟啉氧化成钴(Ⅲ)卟啉以增强它与4-巯基吡啶(MP)自组装膜的轴向配位作用,从而快速制备了有序钴卟啉自组装修饰电极CoTMPP/MP/Au(E).电化学石英晶体微天平(EQCM)测试证实电化学氧化对钴卟啉膜生长过程的增强作用.Ram an光谱及修饰电极电催化还原氧研究显示,该修饰电极与经过长时间浸渍法得到的CoTMPP/MP/Au(I)修饰电极具有完全相似的有序结构和性质.与直接将钴卟啉吸附在电极表面的CoTMPP/Au修饰电极相比,以巯基吡啶为桥键得到的钴卟啉修饰电极具有更好的电催化活性和稳定性.