新奇二茂铁甲基氮C60衍生物的合成、结构

尽管目前人们对富勒烯[C₆₀]的过渡金属有机物研究较多^[1],但通过氮卡宾方式连接的C₆₀二茂铁衍生物尚未见报道。鉴于对C₆₀反应的浓厚兴趣及二茂铁的广泛应用价值^[2]我们 利用C₆₀的缺电子性^[3]将其与二茂铁甲基氮卡宾进行[1+2]环加成反应,分离并表征了一种具有齿轮式结构的新奇C₆₀二茂铁衍生物(CpFeC₅H₄CH₂N)5C₆₀(l)。     

C60加成反应的理论研究

用AM1方法研究了C₆₀与醌并二烯加成反应的机理,并对反应的过渡态及加成产物的构型进行了优化.研究发现,醌并二烯与C₆₀的加成是协同进行的,反应的活化能较低;而氧取代的醌并二烯与C₆₀的加成是协同进行但不同步,反应的活化能较高.前线轨道理论的研究表明反应是由亲二烯体C₆₀的LUMO控制的.     

CO2/C2H4耦合制备丙烯酸及其衍生物的研究进展

二氧化碳(CO₂)不仅仅是一种温室气体,更是一种重要的、有效的碳一资源,其来源丰富、无毒、无污染、不易燃烧,可用于生产有机化学品、材料、糖类等.由于CO₂分子中的碳处于最高氧化态,且其分子具有热力学和动力学惰性,因此人们不断探索新型反应途径,以及新型的催化体系来有效资源化利用CO₂.近年来,利用各种不饱和烃类,在过渡金属催化剂协助下催化CO₂与烯烃生成不饱和羧酸及其衍生物引起了极大关注.其中,催化CO₂/C₂H₄耦合反应制备丙烯酸及其衍生物因其原子经济性而备受瞩目.以镍系催化体系为主的过渡金属催化CO₂/C₂H₄偶联反应是CO₂化学转化与高值利用非常重要的研究热点之一.综述了近年来CO₂/C₂H₄偶联反应的最新进展,对相应的催化反应机理进行了评述.从多个角度对各位学者的研究进行分析比...     

芘基丁酸改性锆-镁复合氧化物HPLC固定相的制备及其在分离富勒烯中的应用

制备了用于分离C₆₀和C₇₀的芘基丁酸改性锆-镁复合氧化物高效液相色谱固定相,并对其进行了表征;考察了流动相中甲苯含量、柱温和进样量对C₆₀和C₇₀分离的影响.结果表明,芘基丁酸改性锆-镁复合氧化物固定相对富勒烯有较强的保留,并对富勒烯表现出较强的分离能力,具有制备分离富勒烯的潜力.     

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。     

多环芳烃与不饱和自由基氢提取反应类的动力学研究

对2~6个环的多环芳烃的氢提取反应类进行了系统研究, 提取氢原子的不饱和自由基包括丙炔基自由基（C₃H₃）、 烯丙基自由基（C₃H₅）、 丁二烯基自由基（nC₄H₅, iC₄H₅）、 环戊二烯基自由基（C₅H₅）以及苯基自由基（C₆H₅）. 采用M06-2X/cc-pVTZ方法得到了多环芳烃的电子结构信息, 利用过渡态理论并结合Eckart隧道校正, 计算了所有反应在500~2500 K范围内的反应速率常数.考察了多环芳烃的大小、 结构对反应速率常数的影响, 对比了不同氢提取自由基及不同氢提取反应类型的速率常数. 结果表明, 多环芳烃的大小对反应速率常数影响不大, 但是多环芳烃的环结构对反应速率常数影响较大. 将不同的氢提取反应类简化为发生在五元环上的C₅类和发生在六元环上的C₆类两类, 结果表明, C₆类的反应活性高于C₅类. 研究了nC₄H₅, iC₄H₅以及C₆H₅自由基与多环芳烃的氢提取反应, 它们的氢提取反应活性大小顺序为C₆H₅>nC₄H₅>iC₄H₅. 通过对每类典型反应的速率常数取平均值, 总结出相应类型的速率规则, 可用于构建多环芳烃和碳烟机理.     

C60/SBA-15介孔复合材料的合成及其荧光性质的研究

通过对介孔SBA-15孔壁氨基化(SBA-15-NH₂),然后与C₆₀反应形成化学键,成功地将C₆₀组装进入SBA-15孔道中,合成了C₆₀/SBA-15介孔复合材料.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-V is)和差热-热重分析(TG-DTA)等方法对其进行了表征.同时,对复合材料的荧光性质进行了研究.结果发现,SBA-15-NH₂在575 nm处出现发射峰,C₆₀/SBA-15介孔复合材料在554 nm处出现发射峰,峰位蓝移21 nm.     

异质富勒烯C58BN的结构与光谱研究

用AM1、MNDO和INDO半经验方法研究了异质富勒烯C₅₈BN各异构体的结构、稳定性和电子光谱.所有这些半经验方法给出了相似的稳定性顺序.结果表明,在6-6位置取代的异构体是最稳定的,异构体的稳定性随杂原子间距离的增加而降低;与C₆₀相比,硼氮杂富勒烯C₅₈BN具有较低的前线轨道能级差、较小的电离势和较低的稳定化能.C₅₈BN很可能具有与C₆₀分子相似的反应活性,易发生亲核反应,但比C₆₀更易失去电子形成正离子.以AM₁优化构型为基础,利用INDO/CIS方法计算了各异构体的电子光谱.     

C60O3的结构和电子光谱的理论研究

用INDO系列方法对C₆₀O₃的可能构型进行研究,结果表明:环氧结构邻近的6-6键易发生进一步的加成反应.其中3个氧原子加在同一个六元环的6-6边上,形成环氧结构最稳定的C₃v构型,第3个氧原子加在2个环氧结构相邻的六元环的6-6边上的C₂、C_s构型也相当稳定,C₂、C_s构型的部分¹³C NMR谱与实验吻合.C₆₀O₃可能有较好的反应活性,其电子光谱属于理论预测.     

表面偶联甲基自由基实现低温高效甲烷氧化偶联

天然气作为一种低碳清洁能源,其储量大,价格低,被认为是最有前途的石油替代资源之一.而以天然气的主要成分——甲烷为原料来生产高价值化学品被认为是石化工业中实现天然气取代石油为原料新化工路线的技术基础,具有极为可观的社会经济价值.目前甲烷的化学利用主要采用间接转化法,即先从甲烷制合成气,再由合成气制备各种化工原料和油品.但该路线流程复杂,能耗大,生产成本高及投资大,具有明显的局限性,这促使着人们不断探索能量效率更高的甲烷直接转化技术.甲烷氧化偶联(OCM)是最重要的甲烷直接转化技术之一.自1982首次报道以来,人们开发了1000多种OCM催化剂,涉及元素超过68种,但C₂烃类(乙烷和乙烯)的收率普遍低于30%,尚未实现工业化.传统研究认为,OCM反应遵循“多相-均相”催化反应机理,甲烷在催化剂表面活化产生甲基自由基后,在气相中进行偶联生成乙烷和乙烯等产物.由于高温下甲基自由基很容易脱附到气相,传统的OCM催化剂一般只在甲基自由基的产生这一步发挥作用.而随后在气相中发生的甲基自由基均相反应并不受催化剂控制,在热力学驱动下,会倾向于深度氧化生成CO2等副产物,因此OCM反应中C₂的收率上限为25%–28%.理论上来说,只有当催化剂能够在甲基自由基偶联这一步发挥作用时,C₂物种的收率才可能打破上限,但目前尚未有催化剂实现甲基自由基可控表面偶联.本文提出并证实5wt%Na₂WO₄/SiO₂(5NaWSi)具有催化甲基自由基表面偶联的能力.在低温下,5NaWSi本身对于OCM没有催化活性,但是它的加入能够显著提高La₂O₃催化剂的C₂选择性,进而提高C₂收率,使其在570℃的低温下即可达到10.9%的C₂收率.在La₂O₃和5NaWSi之间加入一层甲基自由基淬灭剂——石英砂,这种提升作用随即消失,表明甲基自由基在5NaWSi上的表面偶联可能是C₂选择性和收率提升的主要原因.本文进一步采用同步辐射光电离质谱技术原位检测了反应过程中的自由基中间体,结果发现,La₂O₃表面产生的甲基自由基确实可以在5NaWSi表面进行偶联,进而提高C₂的选择性和收率.通过对5NaWSi的组成和结构进行分析,发现5NaWSi中的Na₂WO₄纳米团簇可能是甲基自由基偶联的活性位点,该位点不仅具有很强的甲基自由基吸附能力,为甲基自由基表面偶联提供机会,同时不会深度氧化C₂物种,有效地提高了C₂选择性.以此为基础建立理论模型,我们通过DFT计算对甲基自由基在5NaWSi表面的偶联机制进行了研究.结果表明,5NaWSi对甲基自由基具有很强的吸附能力,而吸附后的甲基自由基更倾向于偶联生成C₂产物,而不是β-H消除生成HCHO等副产物,表明5NaWSi确实是很好的甲基自由基表面偶联催化剂.甲基自由基表面偶联的证实为OCM催化剂的开发开辟了新方向.从双功能催化剂设计的角度出发,将OCM反应分解成甲烷活化和甲基自由基偶联这两个部分,并分别针对这两个部分来筛选和优化催化剂,将有望突破C₂收率上限,进而推进OCM的工业化进程.     

异咯嗪修饰富勒烯-聚丙烯酸的合成及其与DNA的相互作用

利用自由基聚合反应合成了聚丙烯酸修饰的富勒烯(C₆₀-PAA),进一步通过酯化反应将核黄素类似物6,7-二甲基-9-(2’-羟乙基)-异咯嗪(DHIX)与C₆₀-PAA共价连接,得到C₆₀-PAA-DHIX.利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(¹HNMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光光谱对产物的化学结构进行了表征.循环伏安法表明,C₆₀-PAA-DHIX中富勒烯基团的第一还原电位要高于DHIX基团的第一还原电位.ESR实验表明C₆₀-PAA-DHIX能与N,N-二甲基苯胺发生多步光诱导电子转移反应,即DHIX基团与N,N-二甲基苯胺发生光诱导电子转移生成DHIX负离子自由基(DHIX^-·),DHIX^-·能进一步将电子传递给富勒烯生成富勒烯负离子自由基.DNA熔解曲线、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱结果表明,C₆₀-PAA-DHIX通过沟槽结合与CTDNA作用,而C₆₀-PAA与DNA的作用较弱.无氧条件下,C₆₀-PAA-DHIX具有比C₆₀-PAA更强的DNA光损伤能力.     

基于超分子离子晶体的湿度传感构效关系研究

相对湿度是许多领域的关键参数,环境湿度与人们的生活密切相关,因此对湿度进行测量和控制是各个领域中值得关注的问题之一. 在前期的研究中,作者制备了一种新型的超分子离子材料（SIM）,它是由基于咪唑的双阳离子（如1,10-双（3-甲基咪唑-1-基）癸烷,C₁₀(mim)₂）和电活性二阴离子（如2,2'-连氮基-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）,ABTS）组成的,发现其对湿度具有敏感且快速的响应. 在此基础上,本文制备了6种不同碳链（C₄,C₆,C₈,C₁₀,C₁₂,C₁₄）的咪唑基化合物,发现其中3种（C₁₀,C₁₂,C₁₄）可与ABTS形成水稳定的SIM. 循环伏安法、计时电流法以及石英晶体微量天平表征了这些超分子离子材料的湿度传感性能,发现基于C12的SIM具有最佳的湿度传感性能. 同时,SEM结果显示随着碳链的增加,离子材料的厚度变薄并且形态变得不规则. 因此,作者认为疏水作用和材料比表面积均会影响湿度传感的灵敏度. 本研究为发展新的湿度响应的离子传感材料奠定了基础.     

富勒烯C60硫桥键联四硫富瓦烯衍生物的理论研究

利用半经验AM1法研究了富勒烯C₆₀硫桥键联四硫富瓦烯衍生物和富勒烯C₆₀键联四硫富瓦烯衍生物的几何构型,电子结构.计算结果显示,富勒烯C₆₀硫桥键联四硫富瓦烯衍生物的四硫富瓦烯(TTF)平面与C₆₀发生作用,使其弯曲的程度比富勒烯C₆₀键联四硫富瓦烯衍生物的大,从而形成一种独特的四硫富瓦烯(TTF)平面半包裹C₆₀的空间构型的D-A体系.这很可能是由于C-S单键的灵活性造成的.而且它们的HOMO轨道主要分布在四硫富瓦烯(TTF)部分,而LUMO轨道则主要分布在C₆₀上.预测了富勒烯C₆₀硫桥键联四硫富瓦烯衍生物很有可能在激发态下产生更长寿命的电荷分离态.     

两种C60双氰衍生物的结构、光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

用INDO/2和INDO/SCI方法计算了C₆₀(C≡N)₂和C₆₀C(C≡N)₂基态电子结构和电子光谱,所得结果与实验值基本一致.在此基础上,用ZINDO-SOS方法计算了两个分子的二阶非线性光学系数β_ijk和β_μ,并对其结果进行了分析和讨论.结果表明,乙氰基与C₆₀相连的两种碳笼衍生物都有大的非线性光学系数,C₆₀C(C≡N)₂是有希望的非线性光学材料.     

1-辛基-3-甲基咪唑离子液体作为可循环溶剂萃取/去除水中二价汞研究

本研究采用1-辛基-3-甲基咪唑离子液体([C₈MIM]PF₆)建立了水中Hg²⁺的循环去除方法. 首先使用[C₈MIM]PF₆萃取水中Hg²⁺, 随后通过甲酸的还原反应, 去除萃取到[C₈MIM]PF₆中的Hg²⁺, 进而实现[C₈MIM]PF₆的回收与循环使用. 本研究优化了萃取与还原去除条件, 考察了最佳条件下[C₈MIM]PF₆的循环使用能力. 结果表明, 50 mL水中加入1 mL[C₈MIM]PF₆同时加入0.2 mL 1-甲基咪唑, 50 ℃、220 r/min震荡2 h, 对Hg²⁺的萃取效率接近100%. 随后在离子液体中加入4 mL, 40%甲酸溶液, 50 ℃下220 r/min震荡30 min, 可以将[C₈MIM]PF₆中60%～70%的Hg²⁺还原去除. 采用这一方式对水中Hg²⁺进行循环萃取, 在9次萃取中,[C₈MIM]PF₆对Hg²⁺的去除效率保持在83%～98%. 因此, 本方法不仅实现[C₈MIM]PF₆对水中Hg²⁺的去除, 同时实现了[C₈MIM]PF₆的回收与循环使用, 避免了[C₈MIM]PF₆过度使用所带来的环境问题.     

2-(2,5-二羟基苯基)-5-甲基-2,5-二氢吡咯并[3,4]富勒烯的合成和电子光谱的理论研究

利用丙氨酸和2,5-二羟基苯甲醛所形成的亚胺叶立德与C₆₀发生1,3-偶极环加成反应, 合成并分离、纯化制备了一种新的C₆₀吡咯烷衍生物: 2-(2-5-二羟基苯基)-5-甲基-2,5-二氢吡咯并[3,4]富勒烯. 通过¹H NMR, FT-IR, UV-vis和元素分析确定了其结构, 研究了体系的电化学和荧光性质. 采用密度泛函的方法, 在B3LYP/6-31G水平上对分子的几何构型进行了优化, 得到稳定的几何构型; 运用INDO/S方法计算了化合物的电子光谱, 计算结果434.2 nm与实验值432.0 nm基本一致.     

杂原子掺杂的素馨烯与Li+@C60之间弱相互作用的理论研究

采用密度泛函M06-2X方法,对C₆₀和包裹了Li⁺的C₆₀与巴氏碗(素馨烯)及其同系物的弱相互作用进行了系统的研究.在优化的几何构型基础上,对4种化合物进行了前线分子轨道成分分析;在考虑基组重叠误差下,对相互作用能进行分析,并利用约化梯度模型得到了它们的约化梯度密度散点图.结果表明4种化合物的弱相互作用强弱顺序为：C₁₈O₃H₆/Li⁺@C₆₀21H₁₂@C₆₀18N₃H₆/Li⁺@C₆₀21H₁₂/Li⁺@C₆₀.巴氏碗碗沿的—CH₂基团被—NH和O原子取代后,掺杂了杂原子的素馨烯导致分子间的静电相...     

联苯基桥连双核茂锆化合物的合成及催化乙烯聚合

4,4′-二溴联苯与n-BuLi反应得到对-联苯基二锂,再与四甲基环戊烯酮进行羰基加成,酸催化脱水,一步得到对-联苯基桥连四甲基环戊二烯配体4-(C₅Me₄H)C₆H₄-C₆H₄(C₅Me₄H)-4(1).配体1相继与n-BuLi和ZrCl₄反应得到相应的联苯基桥连双(单茂三氯化锆)4-(C₅Me₄ZrCl₃)C₆H₄-C₆H₄(C₅Me₄ZrCl₃)-4,不经分离直接与环戊二烯基锂或茚基锂反应得到相应的双核锆化合物4-(C₅MeZrCl₂Cp′)C₆H₄-C₆H₄·(C₅Me₄ZrCl₂Cp′)-4[Cp′=C₅H₅(2),C₉H₇(3)].研究了在MAO(MethylAluminoxane)助催化下,化合物2和3对乙烯聚合的催化性能.化合物2和3都显示了非常高的催化活性,并在较高的温度下达到最高活性.     

侧基上带有C60基团的聚苯乙烯的表征

用UV、FTIk、DSC、TG和DTA及GPC等方法证明了通过三步反应(氯甲基化,叠氮化,环加成反应)确实将C₆₀引入到聚苯乙烯的侧基上,C₆₀基本上以单取代的方式存在,并通过TG和DTA方法估算了C₆₀在聚苯乙烯C₆₀衍生物中的含量。     

新型富勒烯C60有机钴配合物(η2-C60)(η5-RC5H4)CoPPh3 (R=H,CO2Et)的合成及性质研究

鉴于富勒烯C₆₀所具有的缺电子烯烃的特性¹以及CpCo(PPh₃)₂可与烯或炔反应生成钴杂环有机化合物,^2,3 因此我们设想如果用C₆₀代替烯、炔,令其与η⁵-RC₅H₄Co(PPh₃)₂(1) 或η⁵-RC₅H₄Co(PPh₃)(PhC≡CPh)(2)反应,则应得到一类新型的富勒烯C₆₀有机钴杂环化合物。然而与这一设想不同的是,上述反应并未得到预期的C₆₀钴杂环有机物,所得到的却是另一类新型的有机钴C₆₀衍生物(η²-C₆₀)(η⁵-RC₅H₄)CoPPh₃(3).此外,我们发现当3或2同I₂反应时,可生成C₆₀或PhC≡CPh配体被I₂置换产物η⁵-RC₅H₄Co(PPh₃)I₂(4)。