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。     

六异硫氰酸根合铒（Ⅲ）配合物电子结构的离散变分—Xα计算

本文用离散变分X_α(DV-X_α)方法计算了六异硫氰酸根合铒(Ⅲ)配合物[Er(NCS)_6]~(3-)的电子结构,给出了X_α分子轨道能级,Mulliken集居数、总电子态密度及部分态密度等。结果表明,[Er(NCS)_6]~(3-)配合物中起主要成键作用的是Er的5d轨道和配体原子N的S、P轨道,Er-N键具有共价性,其中贡献较大的是Er的5d轨道,4f轨道几乎不参与成键。     

二价双核铀聚吡咯配合物结构设计和铀-铀多重键的理论研究

经三十余年努力,二价铀溶液化学于近年取得突破性进展,Evans和Meyer等成功获得两个可通过X-ray晶体衍射表征结构的有机金属铀（II）配合物.为进一步拓展U^II配合物化学和探索可能存在的金属多重键,设计双核配合物[（U^II）₂（L）]（L为八齿氮供体低聚吡咯大环四价阴离子）,并使用相对论密度泛函理论优化其可能的电子自旋态异构体结构和计算相关性质.结果表明,[（U^II）₂（L）]具有三重态基态,其电子组态为π⁴σ²δ²;U（5f）原子轨道对高占据分子轨道有重要贡献;它的U-U键长为2.33Å、Mayer键级为3.89和对应的伸缩振动频率为259 cm^-1,被指认为U-U弱四重键.这一结论与QTAIM （quantum theory of atoms in molecule）的U-U键临界点处的电子/能量密度拓扑分析结果相一致.与不同氧化态铀同类物[（U^m）₂（L）]ⁿ⁺ （m=III,n=2;m=IV,n=4）比较显示,随着铀氧化态增大,U-U距离增长、键级变小、伸缩振动频率变小,金属铀电子自旋密度与常规预期值的差值（?S_U）增大;结合分子轨道和QTAIM参数分析,发现金属氧化态可以调控配体和金属轨道能级匹配程度和改变金属-金属多重键.     

含穿透配体Y—Y键的反夹心配合物[Y—C_8H_8—Y]~(2+)和L[Y—C_8H_8—Y]L (L=F,Cl,Br,I,Cp)的理论研究

对反夹心配合物[Y—C_8H_8—Y]~(2+)和L[Y—C_8H_8—Y]L(L=F,Cl,Br,I,Cp)进行了理论研究.计算结果表明,反夹心配合物的单态异构体为基态,异构化稳定性较好.[Y—C_8H_8—Y]~(2+)和L[Y—C_8H_8—Y]L(L=Cl,Br,I)中含有明显的穿透C_8H_8配体中心孔洞的Y—Y金属键,而在F[Y—C_8H_8—Y]F中Y—Y键较弱.此外,多层夹心配合物Cp[Y—C_8H_8—Y]Cp(Cp=C_5H_5)中也含有穿透中心配体的Y—Y金属键;另外,Y—Y键越强配合物的解离能越大,这种穿透配体的成键对于反夹心配合物的稳定性具有显著的贡献.     

一种新型的吡唑衍生物的合成

近年来,多齿含氮的配体在有机配合物的合成和研究中日益受到重视,不仅用在高氧化态、缺电子中心的高价过渡金属有机配合物上,而且已开始在低氧化态、富电子中心的低价过渡金属有机配合物上应用,其中一个重要原因是自然界中许多金属酶普遍含有以氮为配位原子的配体.我们合成了N,N'-二(3,5-二甲基吡唑)烷的衍生物1,同时分离得到了一种新型的环状化合物2.     

相转移催化合成N,N′-二(3,5-二甲基吡唑)烷

近年来,多齿含氮配体在金属有机配合物的合成和研究中日益受到重视,不仅用在高氧化态、缺电子中心的高价过渡金属有机配合物上,而且已开始在低氧化态、富电子中心的低价过渡金属有机配合物上应用,其中一个重要原因是自然界里许多的金属酶普遍含有以氮为配位原子的配体。因此,本文试图研究N,N′-二(3,5-二甲基吡唑)烷的合成。70年代初,Trofimenko 用3,5-二甲基     

配合物[M(CO)3(PPh2py)2](M=Fe,Ru)异构体的理论研究

对PPh2py配合物[M(CO)3(PPh2py)2](M=Fe, Ru)的三种构型的异构体1-6进行了研究. 其中PPh2py以两个P原子与M配位形成HH构型1(Fe)和4(Ru), 以一个P和一个N原子与M配位形成HT构型2(Fe)和5(Ru), 以两个N原子与M配位形成HH’构型3(Fe)和6(Ru). 结果表明, (1) PPh2py中P原子对HOMO轨道的贡献最大, PPh2py作为电子给体时易以P原子与金属原子结合. (2)从分子能量和相互作用能数据表明, 配合物中HH构型最稳定, HH'构型最不稳定, 这与合成产物为HH构型的结果一致. (3) 键长和Wiberg键级均表明P—M键比N—M键结合力强. P、M原子间存在σ键, 而N、Fe原子间仅存在nN→n*M或nN→σ*M-P的电荷转移作用. (4) HH构型中M对HOMO的贡献最大, PPh2py向M的电荷转移最强, 使M的负电荷最大, 故HH构型最易作为电子给体以M原子与第二个金属配位形成双核配合物.     

异亚硝基乙酰乙酸乙酯亚胺Pd(Ⅱ)配合物的合成、表征和tran Pd(p-CH3C6H4-IEAI)2的晶体结构

二齿异亚硝基-β-酮胺配体,由于异亚硝基(肟基)配位功能引起人们的兴趣.在已知的这类配体的金属配合物中,肟基可通过N原子或/和O原子与金属原子配位形成各种键合异构体[1-4].     

(1,3,5-C3P3H3)M与(1,3,5-C3P3H3)2M (M=Ti,V, Cr)配合物的结构与芳香性

运用密度泛函理论研究了(1,3,5-C3P3H3)M和(1,3,5-C3P3H3)2M (M=Ti,V,Cr)的结构、键合能以及芳香性.结果表明:低自旋的(1,3,5-C3P3H3)M和(1,3,5-C3P3H3)2M基态结构分别具有C3v和D3h对称性.金属与配体间为共价作用,二者之间存在σ、π和σ三种成键方式.V的三明治配合物的解离方式与Ti和Cr的三明治配合物不同,前者为分步解离,后两者则为一步解离.其中(1,3,5-C3P3H3)2Cr(D3h)的第一解离能最大,配合物最稳定.这些三明治和半三明治配合物都具有中心芳香性、内芳香性和外芳香性,且中心芳香性均大于自由配体(1,3,5-C3P3H3)的中心芳香性,芳香性主要贡献来源于π键和金属原子的孤对电子.内芳香性按照Ti、V、Cr的顺序依次增大,且内芳香性明显要大于外芳香性.高自旋的半三明治(1,3,5-C3P3H3)Ti(C3,5A1)与单重态(1,3,5-C3P3H3)Ti (C3v,1A1)相比,配体的变形性增大,稳定性增加,且C平面中心芳香性和内芳香性均增大,但P平面的中心芳香性却降低.     

稀土元素R4OCl6四面体嵌合物的化学键研究

以SCC-DV-X,方法对Sm_4OCl_6、Eu_4OCl_6、Yb_4OCl_6和Gd_6N_2Cl_(12)等4个体系作了量化计算。结果表明,嵌入原子在四面体簇的合成中起决定性作用。体系6个骨架轨道中,3个是嵌入原子与稀土原子的成键轨道,另3个是稀土原子通过嵌入原子形成的弱键轨道。用Sm、Eu等元素能合成四面体嵌合物,与其价态较低有关,低价态使稀土元素d、f轨道收缩较少、成键能力增大。而富含f电子的Yb体系,4f为主要价轨道。     

D_(3d)[E_3ME_3]~(2-)(E=P,As;M=Ni,Pd,Pt):含η~3-P_3~-和η~3-As_3~-配体的最小无机三明治配合物

C4H42-、C5H5-(Cp-)及C6H6(Ar)等有机配体可以与过渡金属形成典型的三明治夹心化合物.作为CH的等电子体,P可以取代CH与过渡金属形成混合型三明治配合物,例如:CpNiP3,CpFeP5,[CpMPnMCp]等.2002年,Schleyer等首次成功地合成了以η5-P5-为配体的不含碳的无机三明治配合物[P5TiP5]2-;2007年,Chen等采用密度泛函方法预测了含P4四元环的[P4MP4]n-三明治结构.本文采用密度泛函和从头计算方法首次系统地研究了含η3-P3-和η3-As3-三元环配体的过渡金属三明治配合物D3d[E3ME3]2-(E=P,As;M=Ni,Pd,Pt)(图1),对该系列化合物进行了结构优化、频率分析、自然轨道分析和光谱性质预测.结果表明,三元环状P3-和As3-与五元环状P5-和As5-具有类似的芳香性,可能作为新颖配位形成一大类过渡金属夹心化合物.[E3ME3]2-满足18电子规则,交错型单重态D3d[E3ME3]2-是该七原子体系的全局极小,而重叠型单重态D3h[E3ME3]2-在能量上略高(2.0kcal/mol),其他二维和三维结构则远非稳定(24kcal/mol).作为体系的全局极小,D3d[E3ME3]2-是在实验上可能合成的最小无机三明治夹心结构.在[E3ME3]2-系列配合物中,配位中心M携带的电荷为+0.07|e|～+0.27|e|,Wiberg键级为1.84～2.22;配体E原子携带的电荷为-0.35|e|～-0.38|e|,Wiberg键级为2.93～2.98.配体原子间以单键(WBIE-E=1.03-1.07),配体E和配位中心M间的Wiberg键级为WBIM-E=0.31-0.37,体现典型的配位成键特点.显然,与实验已知的[P5TiP5]2-类似,在[E3ME3]2-体系中配位中心M向配体E3发生了部分电荷转移,E3三元环表现为电子受体.轨道分析表明,该夹心化合物体系存在典型的离域π键(图1).体系存在较大NICS(-18.1～-24.8ppm),表明其芳香性本质.引进Li+阳离子可以有效稳定[E3ME3]2-二价阴离子,形成含交错型Cs[E3ME3]Li-和C2h[E3ME3]Li2.Cs[E3ME3]Li-的第一计算电子剥离能介于2.7～2.9eV,位于355nm激发光能量(3.496eV)范围之内.     

某些镧系化合物化学键特性的INDO研究

本文用INDO方法研究了不同价态镧系化合物的成键性质和4f轨道在成键中的作用,结果表明,镧系化合物的成键受许多因素,如价态、半径、配体、配位数、空间构型等影响。不同配体与镧系元素成键的强度差别较大;高价态的共价性大于低价态的;配位数低的大于配位数高的。某些特殊构型的镧系化合物除σ键外,还形成重叠较好的π配键,使Ln—L键共价性大大增强。4f轨道在成键中的作用比5d的少得多,三价(二价态)的4f轨道基本定域(<0.1％),四价态的4f轨道对成键的贡献明显增大,可接近1％。     

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.     

酚氧桥联铜钴异双核配合物的密度泛函研究

用密度泛函方法,在ROB3LYP/SDD//ROB3LYP/LanL2MB水平上,对酚氧桥联CuⅡ-CoⅡ异双核配合物CuCo(TS)(H2O),进行了理论计算.优化得到了它的单、三重态的平衡几何构型,计算了它们的谐振动频率.结果表明,该配合物分子的三重态比单重态稳定;电子自旋布居高度集中在Co(6)及其周围的配体原子上,而Cu（1）则没有发现电子自旋布居; 体系中存在较强的自旋离域效应.体系的前线分子轨道主要由Co(6)的d轨道和配体原子的p轨道组成,这有利于配体原子与Co(6)之间的电子转移.计算结果与实验符合得很好.     

配合物[M（CO）3（PPh2py）2]（M=Fe，Ru）异构体的理论研究

对PPh2py配合物[M(CO)3(PPh2py)2](M=Fe,Ru)的三种构型的异构体1-6进行了研究.其中PPh2py以两个P原子与M配位形成HH构型1(Fe)和4(Ru),以一个P和一个N原子与M配位形成HT构型2(Fe)和5(Ru),以两个N原子与M配位形成HH'构型3(Fe)和6(Ru).结果表明,(1)PPh2py中P原子对HOMO轨道的贡献最大,PPh2py作为电子给体时易以P原子与金属原子结合.(2)从分子能量和相互作用能数据表明,配合物中HH构型最稳定,HH'构型最不稳定,这与合成产物为HH构型的结果一致.(3)键长和Wiberg键级均表明P-M键比N-M键结合力强.P、M原子间存在σ键,而N、Fe原子间仅存在nN→nM或nN→σM-P的电荷转移作用.(4)HH构型中M对HOMO的贡献最大,PPh2py向M的电荷转移最强,使M的负电荷最大,故HH构型最易作为电子给体以M原子与第二个金属配位形成双核配合物.     

无金属四噻吩[2,3-b]四氮杂卟啉及其镁配合物的结构和性质的密度泛函理论研究

酞菁(phthalocyanine)及其金属配合物是一类性能良好的多功能材料,在许多领域都有着重要的应用潜力.由于酞菁母体大环:四氮杂卟啉(porphyrazine)及其金属配合物具有紧稠的大环结构和可离域化的共轭π-电子体系,因而近年来人们开始对酞菁外侧的苯环进行各种化学修饰来调节此类物质的物理化学性质.本文工作主要集中于研究给电子噻吩杂环取代酞菁外侧苯环后产生的影响,为今后的实验和理论研究提供依据.本文利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)中的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,对无金属四噻吩[2,3-b]四氮杂卟啉(TTPPzH2)及其镁配合物(TTPPzMg)的结构和性质进行了研究.在本文中,将无金属四噻吩[2,3-b]四氮杂卟啉(TTPPzH2)及其镁配合物(TTPPzMg)分别与无金属酞菁(H2Pc)及其镁配合物(MgPc),无金属卟啉(H2Pz)及其镁配合物(MgPz)在几何结构、原子电荷、分子轨道、紫外可见光谱(UV-Vis)及红外光谱(IR)等方面进行了比较,并且讨论了具有给电子能力的噻吩杂环的取代效应.结果表明:与H2Pz和H2Pc及其相应的金属配合物MgPz和MgPc相比较,由于给电子噻吩杂环的取代降低了体系的对称性,使得相应的键长键角发生了改变,从而影响了相应的键强以及中心NH键的酸性,并且通过比较键长和键角变化的程度解释了引起中心空穴收缩的原因:主要是由于键角的变化对中心空穴的收缩做出了贡献;同时,噻吩杂环的取代对各原子的电荷分布产生了一定的影响,其中对与硫(S)原子相毗邻的Cβ原子的影响最大;与H2Pz和MgPz比较,给电子噻吩杂环的连接增加了体系的共轭程度,减小了最高占据轨道(HOMO)-最低空轨道(LUMO)的能隙,而与H2Pc和MgPc相比较,由于给电子噻吩杂环取代酞菁外侧苯环降低了体系的共轭程度,增大了HOMO-LUMO的能隙,使得TTPPzH2和TTPPzMg的Q吸收带(酞菁类化合物的特征吸收峰)向长波方向移动发生了蓝移.其中,需要强调的是,由于低占据轨道的较大的离域性使得TTPPzH2和TTPPzMg的B带(酞菁类化合物的特征吸收峰)发生了红移;通过对轨道能量、分子轨道对称性及HOMO和LUMO轨道图进行比较,说明由于噻吩杂环中硫原子的贡献降低了各分子轨道的能级,同时改变了各分子轨道的对称性;此外,通过分析紫外可见光谱,发现与H2Pc和MgPc相类似,TTPPzH2和TTPPzMg在300～400nm处出现了两个明显的B吸收带,在500～600nm处出现了两个明显的Q吸收带,与四氮杂卟啉类化合物的Q吸收带范围(535～617nm)相一致;借助于正则坐标分析,对红外光谱中的重要吸收峰和振动模式进行了指认和分析.由于给电子噻吩杂环的取代使得计算和模拟的IR光谱发生了蓝移,但是大体的变化趋势与相关的理论和实验研究结果相一致,进一步说明了我们所选择的研究方法的合理性.此外,本文工作对于今后研究酞菁类化合物的结构和光谱性质具有深远的意义.     

水合铀酰与尿嘧啶及其异构体配位体系的计算研究

运用B3LYP/6-311++G**(RLC ECP)方法研究[UO_2(Uracil)j(H_2O)k]~(2+)(Uijk,i为尿嘧啶6种异构体代号,j+k=5)配位体系的几何结构、振动光谱、结合能等性质,并用极化连续介质模型(PCM)考察了溶剂化效应。结果表明,在U1jk体系中,随着尿嘧啶配体数目的逐渐增加,U-Ouracil配位键和U=O键的键长逐渐伸长,水溶液中U=O键的伸缩振动频率逐渐减小,配离子的总结合能呈增加趋势,且气相中的线性拟合效果较好。在Ui14体系中,U-Ouracil的键长与U-OH_2的键长整体成负相关,与U=O键的伸缩振动频率成正相关,结合能最大的配离子并不是由能量最低的尿嘧啶异构体生成的。电子密度拓扑分析表明U-Ouracil键和U-OH_2键具有离子键性质。原子电荷分析揭示在配位过程中是由配体片段向铀酰发生了电子转移,且尿嘧啶的电荷转移量与该配体数目成负相关,其中Ur6异构体向铀酰离子转移电子数最多。     

含水杨醛缩苯胺双Schiff碱和吡啶配体的Zn(Ⅱ)配合物的电子结构和二阶非线性光学性质

以实验测定的晶体结构为基础, 用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上计算4个水杨醛缩苯胺类双Schiff碱和吡啶为配体的Zn(Ⅱ)配合物的电子结构, 并结合有限场(FF)方法得到二阶NLO系数. 结果表明, 在4个五配位配合物中, 双Schiff碱配体的共轭性减弱, 在Schiff碱配体引入叔丁基以及连接双Schiff碱的桥对配合物的结构影响很小. 同时4个配合物的配键性质、原子电荷分布、前线分子轨道能级等方面具有相似性. 但引入叔丁基改变了配合物前线分子轨道组成, Zn—O配位键的极性有所加强, 从而使配合物的极化率和二阶NLO系数增加, 而连接两个Schiff碱的桥对配合物二阶NLO性质影响不大.     

氮杂环卡宾配位的单核型一价铁硫酚基配合物

含硫配体的低价铁物种被认为是固氮酶配位活化氮气时的活性金属物种, 但与之相关的含硫配体的单核型低价铁配合物的合成非常具有挑战性, 报道很少. 我们发现通过含氮杂环卡宾配体的三配位一价铁配合物(IMes)₂FeBr (IMes=1,3-bis(mesityl)imidazole-2-ylidene)与大位阻硫醇钾KSAr* (Ar*=2,6-(2',4',6'-Prⁱ₃C₆H₂)₂C₆H₃)的反应可以合成得到单核型一价铁硫酚基配合物[(IMes)Fe(SAr*)] (1). 配合物1为顺磁性配合物. 单晶X-射线衍射表征显示该一价铁配合物的铁中心除与一个氮杂环卡宾配位外还与大位阻硫酚配体的硫原子和2-位芳环以σ:η⁶-的方式配位. ⁵⁷Fe-穆斯堡尔谱、电子顺磁共振谱和理论计算共同表明配合物1的基态自旋量子数S=1/2. 配合物1可催化N₂与KC₈和Me₃SiCl反应, 生成N(SiMe₃)₃, 转换数(TON)可达87.