二茂锆衍生物的量子化学计算Ⅱ.二茂锆卤素衍生物的EHMO计算

采用EHMO法计算了Cp₂ZrX₂(Cp:环戊二烯基;X:F,CI,I)的分子轨道能量组成并计算了这类络合物在可见-紫外光区的电子跃迁.为了检验我们的计算结果,测定了Cp₂ZrCl₂在可见-紫外光区的吸收光谱.计算结果如下:(1)三种络合物的能级图都非常相似,HOMO都是10b₂,LUMO都是13_α1.能级差按F,Cl,I的顺序减少,分别为1.51,1.47和1.37eV.(2)能量最低的一组空轨道主要是由Zr的d轨道组成,它们的能量都和Zr的d轨道能量接近.在填满轨道中,没有以Zr的d轨道为主体的分子轨道,这一点与通常认为这类络合物是d⁰体系的看法一致.卤素配位体的改变对能级高低和轨道组成有一定影响.(3)随卤素配位体的改变,Zr原子上的正电荷和卤素配位体上的负电荷,按F,Cl,I的顺序减少,而两个环戊二烯配位体上的负电荷则变化不大.(4)计算了这类络合物在可见-紫外光区的电子跃迁,发现在可见光区有一个吸收带,在紫外光区有三个吸收带.对产生这些谱带的跃迁性质进行了探讨.(5)实验测定了Cp₂ZrCl₂在四氢呋喃溶剂中的紫外吸收光谱,得到三个吸收带.计算结果与实验数据十分符合.     

CNDO/2法计算二茂锆卤化物的电子结构

本文将Pople的闭壳层CNDO/2程序改编成将原子中s,p,d亚层分开处理,并扩展到可计算锆化合物的CNDO/2-TM程序;选取了锆的有关参数;计算了Cp_2ZrX_2(X=F,Cl)分子的电子结构.得到的氯化物分子轨道的能级次序和间隔与光电子能谱相符.计算的偶极矩为5.88D,与实验值相近.计算结果还说明Cp_2ZrX_2是有一定离子性的共价化合物.中心锆原子约呈 1价.金属锆的5s轨道参与茂环的σ键,5p轨道通过移入电子参与茂环σ键,而4d轨道则参与茂环的π键,但成键所占成分不大.Zr-F键的离子性占51％,Zr-Cl键的离子性占44％,Zr-Cp键的共价性在84～93％之间.     

过渡金属十一钨锆酸钾的合成及鉴定

缺位杂多阴离子XW₁₁O₃₉(X=Si,P,As,Ge)能与过渡金属阳离子M生成MXW₁₁O₃₉,在该混配杂多阴离子中,过渡金属原子占据缺位的八面体位置^[1].为深入了解其配位方式,我们合成并鉴定了未见报道的K_n[MZrW₁₁O₃₉(H₂O)]·xH₂O(M为第一过渡系金属).     

络合物稳定常数的计算

本文介绍了计算络合物稳定常数的八种方法,它们是:1.lgK₁=Az²/r+Bx_±+C.2.两相似金属离子与一系列配位体络合时,lgK₁间一的线性关系。3.两相似配位体与一系列金属离子络合时,lgK₁间的线性关系。4.一系列相似配位体与同一金属离子络合时,lgK₁与∑pK_a间的线性关系。5.一系列相近z²/r的金属离子与同一配位体络合时lgK₁与x_±间的线性关系。6.一系列相近x的金属离子与同一配位体络合时lgK₁与z²/r间的线性关系。7.金属离子随z²/r和x而变化的络合次序。8.∑pK_a较大的配位体与z²/r较大的金属离子匹配,电负性较小的配位体与电负性大的金属离子匹配。     

H2,C2H4在铂及铂锡合金上化学吸附的量子化学计算

本文详尽地分析了推广的休克尔分子轨道理论方法(EHMO)中参量化过程。借助于计算双原子体系选择出合理的经验参数和近似方式,引进了过渡金属内层原子轨道排斥作用项。分别计算了H,H₂,C₂H₄和C₂H₃在铂及铂锡合金上化学吸附键能,计算结果表明,同铂金属比较,在铂锡合金上H原子,C₂H₄分子的化学吸附键变弱在锡富集的铂锡合金上单个的铂原子不能解离吸附H₂分子,在铂锡合金上C₂H₄脱氢反应较难进行。     

光电子能谱(五)

3.配位络合物在过渡金属原子形成的阳离子周围,由一些中性分子和(或)阴离子所环绕,从而生成具有一定形式的配位络合物,这些中性分子及阴离子就称为配位体。配位体的活性有赖于中心离子的性质。配位体接近带高电荷的金属中心离子时,引起分子中的极化,或当配位体将它的电子供给一个阳离子共享后就会发生许多变化,其中最重要的是使给电子原子上的其它键减弱。一系列电子给予体和金属配位时,它将孤对电子或π电子输送给中心过渡金属的空d轨道成σ键,同时充满电子的适当金属d轨道将电子回送给配位基的空反键轨道成dπ-pπ键。由于配位基的不同,金属氧化态的不同,σ给电子能力和π受电子能力有差异,因此金属配合物的活性及配位体中的键强也有差别。光电子能谱通过结合能的测定可以提供电荷转移的信息,成为研究配位键性质的一种工     

NiTi过渡金属团簇的结构和芳香性的理论研究

在B3PW91/6-311+G(d)计算水平上, 计算并讨论了Ni₄Ti₂, [Ni₄Ti₂]²⁺, [Ni₄Ti₂]^2-与Ni₄Ti₄, [Ni₄Ti₄]²⁺, [Ni₄Ti₄]^2-团簇的几何结构和芳香性. 在构型优化过程中得到了Ni₄Ti₂(D_4h), [Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h), [Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)和Ni₄Ti₄(D_2h)4个稳定构型, 发现当引入上下2个Ti原子后, Ni₄环成为了平面正方形构型. 核无关化学位移(NICS)计算结果表明, Ni₄Ti₂(D_4h)与Ni₄Ti₄(D_2h)的NICS值为正, 而[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)的NICS值为负, 且[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)的NICS值更负. 同时还发现, 由s与d轨道参与形成的反磁性环流是引起[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)具有较大芳香性的主要原因; 其中Ti原子主要提供d_z²与s轨道, 而Ni原子主要利用其d_z²与d_x²-y²轨道形成正方形环, 它们之间构成了球状的d轨道环流, 且[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)中还有非常明显的π轨道环流.     

叠氮/吡啶苯甲酸氮氧化物共配叠氮铜配合物磁学性质理论研究

基于DFT-BS方法，采用不同泛函和基组研究了叠氮/吡啶苯甲酸氮氧化物共配叠氮铜配合物[Cu（4,3-opybz）(μ-N₃)]_n的磁学性质.结果表明，在B3P86/TZVP水平下计算的磁耦合常数(48.20 cm^-1)与实验值(49.70 cm^-1)最吻合，可准确描述其磁学性质.磁轨道分析表明，Cu（Ⅱ）离子的未成对电子主要集中在3d_x²-y²轨道上.顺磁中心与桥联配体间存在强轨道相互作用，其磁轨道主要来源于顺磁中心Cu（1）和Cu（2）的3d_x²-y²轨道、吡啶苯甲酸氮氧化物桥联配体羧酸根离子的离域π键和叠氮配体的p轨道.顺磁中心Cu（Ⅱ）主要是自旋离域机理，顺磁中心的自旋离域作用使得与其配位的原子获得了少量的自旋电子.     

N-芳基-二茂铁甲酰烯胺的合成

含二茂铁基的烯胺及其过渡金属络合物前人做过一些工作^[1-4]。但二茂铁甲酰烯胺类衍生物未见文献报道。我们考虑二茂铁甲酰烯胺及其络合物的应用前景,研究了二茂铁甲酰烯胺类化合物的合成方法及其络合性质。由二茂铁甲酰丙酮^[5]与取代苯胺缩合,得到了十种不同N-芳基-二茂铁甲酰烯胺:FcCOCH=C(CH₃)-NHC₆H₄X 其中:X=H; O-, m-, p-OH; m-, p-OCH₃; O-, p-Cl; m-, p-NO₂着重研究了取代基的种类与位置对缩合反应的影响。     

Dawson结构杂多阴离子(P2M18O62)6-(M=Mo,W)的电子结构和催化性质的理论研究

用第一原理密度泛函理论的离散变分方法(DFT-DVM)计算典型的Dawson结构杂多阴离子(P₂M₁₈O₆₂)^6-(M=Mo,W)的电子结构,比较两者之间的差异。结果表明,Dawson结构中极位和赤道位的原子有不同的化学行为,还原电子将主要进入赤道位的金属原子。(P₂Mo₈O₆₂)^6-的反应活性中心主要是配位金属原子Mo、极位桥氧O_pb、赤道位端氧O_et和赤道位中心氧O_ei;(P₂W₁₈O₆₂)^6-的反应活性中心主要是配位金属原子W、极位桥氧O_pb、赤道位端氧O_et.(P₂Mo₈O₆₂)^6-的氧化性强于(P₂W₁₈O₆₂)^6-,而酸性则与此相反。这与Keggin结构(PM₁₂O₄₀)^3-杂多阴离子的情况相同。     

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.     

锰催化苄基C—H键氟化反应机理的理论研究

采用密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT),对锰催化剂Mn^III(salene)F作用下苄基C—H键氟化反应的机理进行了深入的理论研究。对该反应中涉及到的重要中间体和过渡态的能量、Mulliken电荷分布、前线分子轨道等进行了分析。计算结果表明采用[Mn^IV(OH)(salene)F]和[Mn^IV(salene)F₂]为催化剂催化苄基C—H键氟化反应所需的能垒分别为11.5 kcal·mol^-1和7.6 kcal·mol^-1。可见采用双氟催化剂[Mn^IV(salene)F₂],氟化反应的能垒较低,更有利于苄基C—H键的氟化。通过轨道分析,给出了反应过程中详细的电子转移情况,从本质上分析了苄基氟化反应的机理。研究表明中心金属上的氧原子可以获得和失去电子,在C—H活化过程中起到传递电子的作用。在电子转移过程中,Mn原子是最终的电子接受体。以上结果很好地解释了实验现象,为进一步研究金属催化C—H键氟化反应提供理论支持。     

二茂锆羧酸配合物的合成——二茂锆氢化物与α,β—不饱和酸或钠盐反应的研究

本文研究了Cp_2ZrH_2与丙烯酸和Cp_2Zr(H)Cl与丙烯酸钠、巴豆酸钠的反应。产物由IR 1~H和~(13)CNMR、ESR谱、气相色谱以及化学方法分析鉴定。产物水解得到与底物相应的饱和酸.用~1H NMR方法考察了Cp_2ZrH_2与丙烯酸的反应过程,用IR方法考察了Cp_2Zr(H)Cl与丙烯酸钠的反应过程。实验结果表明,上面两种反应首先消除H_2或NaCl,形成锆氧健,然后碳碳双键还原生成二茂锆羧酸盐配合物,其中羧酸根离子与二茂锆桥式双齿配位。     

HXeBr与苯和苯的衍生物弱相互作用的理论研究

采用MP2/aug-cc-pVDZ (对于Xe和I原子采用aug-cc-pVDZ-PP基组)优化了复合物HXeBr…C₆H₅X (X=H, CH₃, NH₂, N(CH₃)₂, NHCH₃, OH, OCH₃, CN, F, Cl, Br, I, COOH, SO₃H, CF₃)及单体的几何构型, 详细分析了π…H键和双齿氢键两种弱相互作用类型的特征, 以及不同的取代基对这两种弱相互作用能的影响. 对14个双齿氢键型复合物, 我们发现复合物的相互作用能与苯环衍生物(C₆H₅X)的偶极矩, 复合物中Xe-Br键键长的变化, H-Xe键键长的变化和H-Xe键振动频率的变化, 以及双齿氢键上Br原子和两个H原子范德华表面相互穿透距离之和均有较好的线性关系. 另外, 我们还发现复合物的相互作用能与双齿氢键上两个键临界点的电子密度之和, 电子密度Laplacian值之和, 静电势之和, 以及双齿氢键和苯环碳原子形成环的环临界点处的电子密度, 电子密度Laplacian值以及静电势均有着较好的线性关系.     

大取代茂锆配合物合成及分子内消除反应研究

通过6,6-二烷基富烯与2-MeOArLi进行加成反应, 得到含芳氧取代的环戊二烯基锂盐, 再与取代茂三氯化锆反应, 合成了不对称大位阻取代茂锆配合物RCpCp^oZrCl₂ [Cp^o＝2-MeOArCR¹R²Cp, R¹, R²＝CH₃, C₂H₅, (CH₂)₅, etc.], 所得的配合物均通过¹H NMR, IR, MS和EA鉴定. 在此过程中发现该类配合物能进行分子内消除反应, 脱去苯甲醚得到烯基取代的二氯二茂锆配合物, 该反应为未见文献报道的新反应, 对该反应进行了研究.     

Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M1/POM,M = Ni,Pd, Pt,Cu, Ag,Au, POM = [PW12O40]3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)结合自然键轨道(NBO)分析的方法对一系列以多酸为载体的单原子催化剂(SACs)(M₁/POM (M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)的分子几何、电子结构及红外光谱进行计算。结果表明,Pt₁/POM对N₂分子具有潜在的活化能力,Pt₁/POM与N₂相互作用主要来自于由金属Pt的d_xz和d_yz轨道与N₂的π^*反键轨道重叠,金属Pt的d_xz、d_yz轨道上的电子填充到了氮气的π^*反键轨道上弱化了N≡N成键,导致了N≡N之间的键长增大,有效的活化了氮气分子。对它们红外光谱的分析表明,Keggin型多酸负载金属后W―O_c―W振动吸收峰发生劈裂,产生了五个典型的红外特征吸收峰。     

平面五配位硅、 锗XBe5H6(X=Si,Ge)团簇

采用密度泛函理论PBE0方法, 在aug-cc-pVTZ水平上理论预测了含平面五配位硅和锗原子的XBe₅H₆ (X=Si, Ge)团簇. 势能面系统搜索及高精度量化计算表明, 它们均为全局极小结构. XBe₅H₆(X=Si, Ge)团簇整体呈完美的扇形结构: Si/Ge原子被5个金属Be原子配位; 4个H原子以桥基方式与Be原子相键连, 剩余的2个 H原子以端基方式与两端的Be原子成键. 化学键分析表明, XBe₅H₆(X=Si, Ge) 团簇中XBe₅单元具有完全离域的1个π及3个σ键, 外围铍氢间形成4个Be—H—Be 三中心二电子(3c-2e)键及2个定域的Be—H键. XBe₅单元上离域的2π及6σ电子赋予体系π和σ双重芳香性, 并使Si/Ge原子满足八隅律（或八电子规则）. 能量分解-化学价自然轨道分析揭示, Si/Ge和Be₅H₆之间主要为电子共享键.     

层状苯膦酸-磷酸锆的合成与磺化研究

研究了制备苯膦酸-磷酸锆Zr(PO₄H)_2-n(PO₃Ph)_n的主要影响因素。在F^-/Zr⁴⁺=12和H₃PO₄/Zr⁴⁺=20条件下,通过改变苯膦酸用量获得了n=0～2的系列单一晶相层状苯膦酸-磷酸锆,其热稳定性达400℃以上。苯膦酸-磷酸锆的磺化试验表明层间苯环可被完全磺化,磺化产物Zr(PO₄H)_2-n(PO₃PhSO₃H)_n具有丰富的酸性位,其热稳定性亦可达到300℃以上。     

基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物的合成和光催化活性

采用水热合成方法制备了2个基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物, 化学式分别为{[Cu₂(4,4′- bipy)₄(H₂O)₄](SiMo₁₂O₄₀)·18H₂O}_n(1)和{[Cu₂(4,4′-bipy)₄(H₂O)₄](PMo₆W₆O₄₀)·18H₂O}_n(2)(bipy=bipyridine). 结构分析 表明2个化合物同构, Cu²⁺是六配位, 分别与4个4,4′-bipy上的N原子和2个水分子上的O原子结合, 形成 [Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺二维层状结构. 杂多阴离子通过静电与配位阳离子[Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺作用交叉排列在层间. 通过红外光谱、 粉末X射线衍射和固体紫外-可见漫反射光谱等对化合物的性质进行了表征. 研究了所合成化合物对水溶性染料亚甲基蓝的降解活性, 发现2种化合物对于亚甲基蓝均表现出显著的光降解活性, 并对它们的催化机理进行了讨论.     

1,3-丙二胺邻苯二酚钼钨手性八面体配合物的仿生合成、晶体结构以及与ATP作用的液相NMR研究

合成了1,3-丙二胺邻苯二酚钼钨手性八面体配合物(NH₃CH₂CH₂CH₂NH₂)₂[Mo_0.4W_0.6O₂(C₆H₄O₂)₂],并对其进行了单晶结构解析,研究了其与ATP作用的液相NMR谱.该晶体属正交晶系,空间群为Pcan.晶胞参数a=0.7501(2)nm,b=2.3994(7)nm,c=1.2178(4)nm,Z=4.[Mo_0.4W_0.6O₂(C₆H₄O₂)₂]^2-的配位几何构型为手性八面体,晶体为外消旋体.配位阴离子中MoW中心金属离子除了与两个端基O配位形成cis-MO键外,同时还分别与两个邻苯二酚配位基团的的氧原子配位,形成4个M-Ob(M=Mo,W)键,构成两个五元环.利用¹HNMR,¹³CNMR,³¹PNMR以及¹H-¹⁵NHMBC对标题配合物及其与ATP在D₂O溶剂中的作用进行了研究,发现标题配合物的MoW中心金属离子在纯D₂O溶剂中被还原成+5价,但与ATP混合后转化为+6价,且与原配位基邻苯二酚发生解离.解离后的[MO₂]²⁺最大可能与腺嘌呤上的氨基N原子配位,而此配位可能是其抗癌抗肿瘤活性的主要作用机理之一.