梯形苯基/甲基聚倍半硅氧烷树脂的合成及热稳定性研究

以苯基三氯硅烷和甲基三氯硅烷为主要原料,以不同摩尔比(1:1,2:1,3:1)合成了三种梯形聚苯基/聚甲基倍半硅氧烷树脂(1～3),其结构经UV和IR表征.热重分析发现,1～3的热分解温度分别为470 ℃,517 ℃和540 ℃,说明随着苯基三氯硅烷与甲基三氯硅烷摩尔比增大,热稳定性增加.用量子化学方法计算发现苯基硅氧烷的C-Si键长比甲基硅氧烷C-Si键短,且更牢固.     

α-甘氨酸晶体中NH_3~+扭曲振动的变温拉曼光谱研究

1999年,Chilcott研究了α-甘氨酸单晶电阻抗随温度的变化,发现晶体在304 K开始导电。为了了解其导电机理,本文研究90 K到340 K的拉曼光谱,发现在α-甘氨酸单晶中NH3+扭曲振动模式分裂,表现为N-H(6)…O(1)(491 cm-1)和N-H(7)…O(2)(483 cm-1)模式,以及CO2-摇摆模式(503cm-1),在304 K均有不连续性变化,并与变温中子衍射晶体结构层内的氢键N-H(6)…O(1)键角和N-H(7)…O(2)长度出现转折点一致。由于α-甘氨酸晶胞中NH3+和CO2-基团构成的电偶极子在变温下重新定向,出现两性离子电荷重心变化致使晶体极化,引起晶体在304 K左右发生了铁电相变。     

D-和L-丙氨酸的低温磁相变——磁场变化下的比热和直流磁化率(英文)

为了解D-和L-丙氨酸单晶晶格在极低温下是否存在磁手性相变,在2-20 K下改变磁场强度(0,1,3,5T)测定其比热.实验结果表明比热和温度之间的函数关系很好地符合C(T)=aT3+b/T2方程,其中aT3项为晶格声子的贡献,可由公式CV=(12/5)π4R(T/ΘD)3来描述(ΘD为德拜温度),b/T2项为磁场对比热的贡献.实验发现,在2-20 K范围内D-和L-丙氨酸单晶在不同磁场强度下均存在Boson峰(在Cp/T3-T曲线中表现为一个最大值).磁的贡献导致D-和L-丙氨酸单晶的四条Cp/T3-T曲线在2-12 K时不重合,且在12-20 K时消失,此即Schottky反常.零磁场下,D-和L-丙氨酸的Boson峰分别为9.44和10.86 K;德拜温度分别为151.5和152.7 K.结合磁场强度1 T下的直流磁化率测定,发现在温度低于5 K时,D-和L-丙氨酸单晶有相反的磁化率行为,反映了核自旋和电子自旋弱相互作用的手性表现.     

α-甘氨酸晶体的动态磁手性和磁电效应

利用变温直流磁化率测定, 在外加磁场强度为依1 T, 磁场平行于晶体b轴, 发现在301-302 K α-甘氨酸有动态磁手性相变. α-甘氨酸晶体的每个晶胞包含四个分子, 属于具有中心对称结构的P21/n群, 电荷中心对称, 不导电. 在晶体中, 两层之间的N+(3)—H(8)…O(1)和N+(3)—H(8)…O(2)氢键, 沿b轴相互交叉反向配对排列. 在303 K, 用原子力显微镜可观察到α-甘氨酸晶体表面分子层与层间有规则的交叉螺旋排列. 结合中子衍射确定相变机制为, 在相变温度及外加磁场H=±1 T时, α-甘氨酸中的N+(3)—H(8),电子自旋反转为(↑). 因为N+(3)—H(8)…O(1)和N+(3)—H(8)…O(2)两反向氢键的强度和键角不同, 由动态磁手性和磁电效应, 产生电荷中心不对称, 导致304 K附近的热电相变.     

D-和L-丙氨酸晶体的突现顺磁性: 准一维N+H…O-氢键的自旋-轨道分离

研究了与磁场强度相关的手性丙氨酸晶体的电子轨道运动的磁性质. 根据丙氨酸单晶的两性离子(⁺NH₃-C(CH₃)H-CO₂^-)模型的手性和蛋白质中肽键晶格结构的螺旋性, 当外加磁场为5 T, 磁场方向平行于丙氨酸晶轴(c)的极性N⁺H…O^-氢键, 观察到D-丙氨酸晶格中, 氢原子的电子自旋翻转, 在297.6 K直接突现顺磁性. L-丙氨酸则先发生电子自旋转向, 然后在303.9 K突现顺磁性. 实验发现: 外加强磁场可以分裂手性丙氨酸晶格中氢键的简并顺磁态, 并测出能差. 本文进一步证明了准一维极性N⁺H…O^-氢键在晶格中可以发生自旋-轨道分离, 表现出一维物理的基本特征.     

“宇称-时间不对称”的实验探索: 手性丙氨酸单晶N+H…O氢键的电子自旋翻转相变的不对称拉曼散射

手性丙氨酸单晶的极性N⁺H…O氢键在~270 K的自发对称性破缺, 可用变温拉曼振动光谱在b(cc)b几何条件下在线测定. 由于其对手性的灵敏度, 可以测定D-和L-丙氨酸的N⁺H…O氢键在电子自旋翻转相变时的微小能差. 晶体定向能量的正/负, 在于电子自旋的上/下转向, 取决于原子内在磁场的方向. 变温拉曼振动光谱可以观察到: 在D-和L-丙氨酸单晶之间, 拉曼散射光子的波数位移方向相反, 散射光子的不对称度约为1/3. 由于自旋是轴矢量, 样品必须是单晶, 沿轴向测定. 多晶粉末不能观察到相变. 与次甲基(C_α－H)在260 K的自旋翻转相变, 用变温拉曼振动光谱在c(aa)c 几何条件下的相对测量结果接近一致. 本实验提供了一条证明真实手性和“宇称-时间(PT)不对称”的新线索.     

α-甘氨酸晶体的动态磁手性和磁电效应

利用变温直流磁化率测定,在外加磁场强度为±1T,磁场平行于晶体b轴,发现在301-302Kα-甘氨酸有动态磁手性相变.α-甘氨酸晶体的每个晶胞包含四个分子,属于具有中心对称结构的P21/n群,电荷中心对称,不导电.在晶体中,两层之间的N (3)—H(8)…O(1)和N (3)—H(8)…O(2)氢键,沿b轴相互交叉反向配对排列.在303K,用原子力显微镜可观察到α-甘氨酸晶体表面分子层与层间有规则的交叉螺旋排列.结合中子衍射确定相变机制为,在相变温度及外加磁场H=±1T时,α-甘氨酸中的N (3)—H(8),电子自旋反转为(邙).因为N (3)—H(8)…O(1)和N (3)—H(8)…O(2)两反向氢键的强度和键角不同,由动态磁手性和磁电效应,产生电荷中心不对称,导致304K附近的热电相变.     

D-和L-丙氨酸的磁手性相变

利用变温直流磁化率测定, 在外加磁场强度为1 T, 磁场平行晶体c轴, 发现在温度270 K, D-和L-丙氨酸发生磁手性相变. 结合中子衍射确定磁手性相变机制为, D-和L-丙氨酸中的(N+H)有类金属氢原子特性, 在相变点270 K, 由(N+H)释放的电子自旋有磁手性. 用变温偏振拉曼光谱进一步证明, D-丙氨酸中的(N+H)的电子自旋(↑), 而L-丙氨酸中的电子自旋(↓), 处于高低不同的能态.磁手性相变(宇称和时间反演都破缺)能差为10^-4-10^-5 eV·molecule^-1.     

比热和直流磁化率证明N+H…O-氢键的电子自旋翻转在D-和L-丙氨酸单晶中的不对称相变

为了解决D-和L-丙氨酸在约270K相变的分岐和机理,对其单晶、多晶粉末及原料利用微分扫描量热仪测定比热.用三线法以蓝宝石作校正,并与手册的D-和L-丙氨酸标准比热值比较.在单晶中,实验观察到吸热相变峰最高处时的温度及热焓为:D-丙氨酸,Tc=272.02K,△H=1.87J·mol-1;L-丙氨酸,Tc=271.85K,△H=1.46J·mol-1;热焓差为0.41J·mol-1.参比晶体D-缬氨酸,Tc=273.59K,△H=1.75J·mol-1;L-缬氨酸,Tc=273.76K,△H=1.57J·mol-1;热焓差为0.18J·mol-1.实验发现已测量过的单晶磨成多晶粉末后再测,相变峰消失.说明相变与晶格有关.变温中子衍射排除了D→L的构型相变,但发现N+H…O-氢键沿D-和L-丙氨酸单晶的c轴反向变化.变温偏振拉曼散射反映相变机制与N+H…O-中电子的轨道磁偶极矩相关,观察到偏振光的不对称散射.在外加磁场强度H为+1T和-1T下,变温测定D-和L-丙氨酸晶体的直流磁化率,证明在270K有电子自旋翻转的相变.电子自旋的向上或向下,取决于晶格中NH+3的扭曲振动及N+H…O-氢键沿晶体c轴的方向.由于自旋的定轴性,可以解释单晶和多晶粉末比热结果的分岐.     

甲基三氯硅烷水解反应机理的密度泛函研究

采用量子化学密度泛函方法研究了甲基三氯硅烷的结构性质和水解反应机理,发现水的O原子进攻Si原子取代Cl原子的同时,水的另一个H原子逐渐与Cl结合形成相应的羟基硅烷和HCl.甲基三氯硅烷水解按亲核取代--消除的协同反应机理完成.