光驱动的金属富勒烯分子磁开关※

由于碳笼的保护, 从外部操控内嵌富勒烯笼内分子的特性一直是一个挑战. 通过在顺磁性金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀碳笼外修饰具有光活性的偶氮苯-氮氧自由基, 成功设计出基于金属富勒烯-氮氧自由基的分子开关, 实现了原位可逆地光驱动远程控制金属富勒烯的顺磁特性. 在不同光照条件下, 利用偶氮苯的光异构化特性改变双自旋中心的相对位置, 调整自旋-自旋、自旋-晶格相互作用, 进而影响金属富勒烯的电子顺磁特性. 研究发现, 紫外光照下, 氮氧自由基使金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号逐渐减弱, 可见光照下Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号又增强, 由此实现了氮氧自由基作为顺磁开关的功能.     

内嵌金属富勒烯Sc2S@C86的结构和性质

金属硫化物富勒烯是一类结构新奇的化合物,阐释其结构和性质是当前的重要研究任务。本文采用密度泛函理论(DFT)方法,系统研究了质谱实验已经检测到的内嵌金属富勒烯Sc₂S@C₈₆的结构和性质。结果显示,能量最低的异构体是Sc₂S@C₈₆:63751(独立五元环规则(IPR)-9),该碳笼与已报道的Sc₂C₂@C₈₆的碳笼一样;其次是non-IPR Sc₂S@C₈₆:63376。自然键轨道(NBO)和分子中原子理论(AIM)分析显示,内嵌团簇与碳笼间存在电荷转移相互作用和共价作用。温度效应计算显示,高温时Sc₂S@C₈₆是多个异构体共存的。为了对将来实验结构测定提供参考,本文提供了能量最低的两个异构体的红外光谱图。     

金属富勒烯的质谱研究

利用电弧放电法合成笼内金属富勒烯Gd@C₈₂,Gd₂@C₈₀,Gd@C₈₀实验结果表明,两步高温高压法(1,2,4-三甲基苯,吡啶)可有效地提取金属富勒烯Gd@C₈₂.本文分别利用ESI-MS,REC-MS,MALDI-TOF-MS质谱技术研究了Gd@C₈₂,Gd₂@C₈₀,Gd@C₈₀和富勒烯Cn(n=60,70,82,84…)的气相负离子特性.结果表明,包入Gd³⁺后非极性的C₈₂转变为极性的Gd@C₈₂分子;金属离子Gd³⁺处于C₈₂^3-笼中非中心的位置.     

15N同位素标记的金属氮化物内嵌富勒烯的合成与表征

利用电弧放电法制备了¹⁵N同位素标记的金属氮化物内嵌富勒烯. 制备过程中使用¹⁵NH₄Cl作为固体氮源, 基于电弧放电方法在氦气气氛中将石墨、金属钪和¹⁵NH₄Cl高温原子化, 合成得到Sc₃¹⁵N@C₈₀和Sc₃¹⁵N@C₇₈. 利用高效液相色谱法进行分离纯化, 并通过质谱、紫外可见吸收光谱和核磁共振碳谱表征了Sc₃¹⁵N@C₈₀, 验证了¹⁵N的成功标记, 还表明合成的Sc₃¹⁵N@C₈₀具有I_h-C₈₀碳笼. 所制备的¹⁵N标记的金属氮化物内嵌富勒烯中含有98%以上的¹⁵N同位素, 将拓展金属富勒烯材料在同位素示踪等领域的应用.     

高效合成大分子富勒烯金属包合物

采用直流电弧法, 以掺有金属合金和B₄C粉末的光谱纯石墨棒作为阳极, 在He和NH₃混合气氛中进行电弧放电, 首次高产率合成了一系列Gd₂@C_2n(94≤2n≤142)的大分子双金属富勒烯包合物. 实验证明, 异相物质作为热的载体并同时催化产生了大分子富勒烯金属包合物, 而NH₃则抑制了C₆₀和C₇₀等其它富勒烯的生成.     

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...     

大环炔基噻吩衍生物的结构和UV-Vis光谱的理论研究

用DFT 和TDDFT方法对大环炔基噻吩衍生物的结构和UV-Vis光谱进行了理论研究. 对分子不同的对称性结构(C₁, C₅, C_5v)进行了优化, 得到了稳定的几何构型.以优化构型为基础计算了分子的UV-Vis光谱, 结果表明, C₅,C_5v对称性下丁基取代的分子构型(C[3T_DA]₅-Bu)都是较稳定的; 当分子构型具有C₅对称性时, 得到的光谱数据与实验值符合的较好. 对于大环噻吩C[3T_DA]₅衍生物, 性质相同取代基的体积大小及分子对称性都将影响结构的稳定性.     

金属硫化物富勒烯Sc2S@C90的结构与性质

Sc₂S@C₉₀存在的信号已经被质谱检测到,但其结构还没有得到表征. 为了研究Sc₂S@C₉₀的结构和性质,通过密度泛函理论计算方法对Sc₂S@C₉₀的异构体进行了系统的筛选. 计算结果表明,能量最低的两个异构体分别为Sc₂S@C₉₀：99913和Sc₂S@C₉₀：99915. 对Sc₂S@C₉₀在0到4000 K温度下的相对浓度进行了评估,结果显示,Sc₂S@C₉₀：99913和Sc₂S@C₉₀：99915可以在高温下共存. 分析研究了Sc₂S@C₉₀的内嵌团簇与碳笼间的键连关系和相互作用特性. 这些研究可为Sc₂S@C₉₀的结构确定提供指导.     

i-Motif在分子拥挤条件下的性质

本文用人端粒富含C的序列[C₃TA₂]₃C₃作为模型, 利用惰性分子PEG 200作为模拟体内分子的拥挤试剂, 通过圆二色光谱和紫外吸收光谱研究了i-Motif在分子拥挤条件下的性质. 结果表明, PEG的存在对i-Motif的结构没有明显影响, 但是可以提高i-Motif的热稳定性.     

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.     

(烷基环戊二烯基)环戊二烯基二氯化钛的合成与反应

Richard在1959年合成了第一个环戊二烯基(取代环戊二烯基)钛衍生物,(CH₃C₅H₄)(C₅H₅)T1Cl₂^[1].我们曾报道了环戊二烯基(烯烃基环戊二烯基)二卤化钛的合成和反应^[2]。     

基于分层Ti3C2 MXene纳米片的多巴胺电化学检测

选择多巴胺作为标志物，构建了基于分层Ti₃C₂ MXene(DL-Ti₃C₂)纳米片的电化学检测平台。通过原位锂离子插层法成功合成了DL-Ti₃C₂纳米片。采用扫描电镜和X-射线粉末衍射等手段对Ti₃C₂ MXene纳米片进行了微观形貌及结构表征。利用循环伏安法研究了多巴胺的电化学行为，结果表明DL-Ti₃C₂纳米片比多层Ti₃C₂ Mxene(ML-Ti₃C₂)纳米片具有更优异的电化学分析性能。基于DL-Ti₃C₂纳米片独特的二维纳米片形态、大的比表面积和优异的导电率，所制备的传感器能够实现对多巴胺的高灵敏检测，检出限为0.33μmol/L。该传感平台可用于针对飞行员的特殊神经精神性疾病检测。     

八面体纳米笼构筑的金属-有机框架化合物

利用半刚性的三足羧酸配体1,3,5-tris[3-(carboxyphenyl)oxamethyl]-2,4,6-trimethylbenzene acid (H₃TBTC)与金属离子自组装成功合成了两例八面体纳米笼构建的金属-有机框架化合物: {[Zn₃TBTC₂(DMA)(H₂O)]·3DMA·3H₂O}_n (1), {[Cd₃TBTC₂(DMA)₂(H₂O)₂]·2DMA·2H₂O}_n (2). TBTC^3-配体在化合物中呈现出cis,cis,cis-和cis,trans,trans-两种构型. cis,cis,cis-构型的TBTC^3-配体与Zn₃(COO)₆次级结构基元(secondary building units, SBUs)构筑了畸变的八面体金属-有机纳米笼, 因而化合物的结构可以看成是八面体金属-有机纳米笼作为超分子构建单元(supramolecular building blocks, SBBs), 在空间上与cis,trans,trans-构型的配体相连, 最终形成具有(3,18)-连接的三维无限网络. 荧光测试结果表明, 化合物1～2的荧光都是基于配体的发射. 相对于配体的发射光谱, 化合物1～2的发射光谱展现出蓝移的现象. 气体吸附测试结果表明, 化合物1～2具有选择性吸附二氧化碳的能力.     

基于偶氮桥连的新型双铁羰基配合物:Fe2(N2C5H10)(CO)6-x (PR3)x的合成及衍生

具有五元环结构的偶氮化合物4,4-二甲基-4,5-二氢-3H-吡咯（N₂C₅H₁₀）,与Fe₃（CO）₁₂在甲苯中加热回流反应,生成双铁六羰基配合物Fe₂（N₂C₅H₁₀）（CO）₆（1）.反应中N=N双键被还原,配体以（N₂C₅H₁₀）^2-的形式与Fe^IFe^I配位,形成具有蝶形结构的34e^-化合物.研究了在脱羰基试剂Me₃NO存在条件下,1和单齿膦配体PR₃反应生成Fe₂（N₂C₅H₁₀）-（CO）₅（PR₃）（PR₃=PPh₃,2a;PCy₃,2b）单取代配合物.光照条件下,化合物1中的CO配体还可以被双齿膦配体dppe[dppe=1,2-C₂H₄（PPh₂）₂]和dppbz[dppbz=1,2-C₆H₄（PPh₂）₂]取代,生成产物的类型和膦配体的夹角相关.与夹角较大的dppe反应,生成桥连产物Fe₂（N₂C₅H₁₀）（CO）₄（μ-dppe）（3a）;而与刚性较大的dppbz反应时,Fe₂（NR）₂的蝶形结构打开呈四元环;其中一个Fe上的CO被取代,dppbz与该Fe中心螯合,生成具有桥连CO的化合物Fe₂（N₂C₅H₁₀）（μ-CO）（CO）₄（κ²-dppbz）（3b）.合成具有Fe^I-CO-Fe^I结构的羰基化合物,一直是模拟[FeFe]氢化酶活性中心还原态结构Fe₂（SR）₂（μ-CO）-（CO）_5-xL_x的重要挑战.该类Fe₂（NR）₂（CO）_6-x（PR₃）_x化合物的合成,能为探索模拟[FeFe]氢化酶活性中心结构提供新的途径和思路.以上化合物均通过核磁[³¹P（¹H）NMR]、红外光谱（IR）、元素分析及X射线单晶结构衍射等表征.     

Sc12Co和Sc12Ni团簇的几何结构、磁性和光谱特性的理论研究

基于密度泛函理论和卡利普索结构预测方法,在B3PW91/LanL2DZ水平下,系统研究了Sc₁₃,Sc₁₂Co和Sc₁₂Ni团簇的几何结构、磁性和光谱特性.结果表明,Sc₁₃基态拥有高对称性的二十面体I_h点群对称结构,Sc₁₂Co和Sc₁₂Ni团簇基态结构是分别以Co和Ni为中心的畸变二十面体结构.基于上述基态结构,电荷转移分析发现电荷从Sc原子向Ni或Co原子转移.磁性分析表明Sc₁₃团簇的高磁性主要源于Sc—Sc之间的铁磁性耦合和较大的自旋劈裂.对于Sc₁₂Co和Sc₁₂Ni团簇,Sc—Ni和Sc—Co各原子之间的反铁磁性耦合、较小的自旋劈裂及原子间的电荷转移量是磁性偏低的原因.而且,总磁矩主要来源于Sc-3d轨道上的自旋磁矩贡献,4s和4p轨道上的自旋磁矩贡献非常小.最后,研究发现Sc₁₂Co和Sc₁₂Ni团簇的红外和拉...     

基于分子工程的方法设计首例具有Sr2Be2B2O7 (SBBO)结构的深紫外氟碳酸盐双折射晶体AMgLi2(CO3)2F (A=K,Rb)※

分子结构设计是开发新化合物和通过原子尺度操纵优化晶体结构的一种引人注目的策略. 在这个工作中, 利用分子工程的思想, 基于SBBO结构, 成功设计并合成两个新型氟碳酸盐KMgLi₂(CO₃)₂F和RbMgLi₂(CO₃)₂F. 在两个结构中, a-b平面是由CO₃和LiO₃F阴离子基团组成的无限[Li₃C₃O₆F₃]_∞层, 进一步相邻的层通过F原子连接形成一个独特的[Li₆C₆O₁₂F₃]_∞双层. 这种结构特征对改善晶体的层状生长习性和消除晶体的多晶性有很大的帮助. 光学测试表明, 该系列晶体具有大的双折射和短的紫外截止边, 是深紫外双折射晶体良好的候选材料.     

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)。     

新型四酰胺杯[4]氮杂冠醚的合成及对阴离子的光化学传感性质研究

合成了一类新型四酰胺杯[4]氮杂冠醚(5a, 5b), 用紫外和荧光光谱研究了主体与阴离子客体之间的识别性能. 主体分子5a或5b加入到对硝基酚氧阴离子的CHCl₃溶液中, 主客体间形成超分子复合物使得客体阴离子423 nm处吸光度降低且溶液从黄色变为无色. 受体5a, 5b与p-NO₂C₆H₄O^－, F^－, 相互作用, 荧光光谱发生变化, 并且对于p-NO₂C₆H₄O^－具有较好的选择性识别能力, 其荧光光谱强度改变强弱的顺序为p-NO₂C₆H₄O^－＞F^－＞H₂PO₄^－>>Cl^－, Br^－, I^－. 荧光光谱滴定的结果经非线性拟合, 结果表明主客体间形成1∶1络合物.     

席夫碱型环磷腈类化合物的合成及光谱性质

通过亲核取代反应, 在2,2'-联苯二酚氧基环氯磷腈母体N₃P₃(O₂C₁₂H₈)₂Cl₂ (1)和N₃P₃(O₂C₁₂H₈)Cl₄ (2)上引入2-醛基吡啶与对胺基苯酚形成的席夫碱侧基, 合成了两种新型环磷腈化合物N₃P₃(O₂C₁₂H₈)₂(p-O-Ph-N＝C-Py)₂ (3)和N₃P₃(O₂C₁₂H₈)(p-O-Ph-N＝C-Py)₄ (4), 这些化合物是一类能形成配合物的多齿配体. 通过元素分析, IR, ¹H NMR, ³¹P NMR和TOFMS确定其结构, 研究了它们的吸收光谱和荧光光谱. H^＋和Cu^＋离子对其光谱性质的影响研究表明两种化合物的吸收和荧光光谱对H^＋和Cu^＋离子异常敏感, 因而在作为这些阳离子的荧光探针方面具有应用前景.     

一类新型氮杂芳香季铵盐:雌甾咪唑鎓盐的设计合成

近年来, 氮杂芳香季铵盐在农药, 特别是在主客体相互作用、人工酶和受体、自组装及纳米级装置、医药、生化反应、膜、电极、分子开关、荷电转移复合物、电致及光致变色材料、电导体及半导体等方面的潜在应用引起了人们极大关注^[1～5]. 咪唑 盐的设计合成、主客体研究以及超分子催化近年已开展了一些工作^[6～10]. 本文报道一类新型氮杂芳香季铵盐——雌甾咪唑盐 4_a、4_b的设计合成。