硼化合物的研究(Ⅳ)——硼烷阴离子铵盐的合成与性质

通过硼烷阴离子网-B₃H₈^-和闭-B₁₀H₁₀^2-与一系列卤化铵反应合成出十五种新的硼烷阴离子铵盐。这些新化合物均经元素分析和红外光谱鉴定。它们的差热分析结果表明:B₁₀H₁₀^2-铵盐的热稳定性高于B₃H₈^-铵盐;在季铵离子中导入氨基以后,化合物的热稳定性降低,并且导入的氨基愈多,化合物愈不稳定。     

金属硼笼化合物—闭合型(closo)铁代十一硼烷的合成

金属硼笼化学是目前硼化学中很活跃的一个领域,如何将金属原子嵌入笼中以及它们的化学性能和应用是人们感兴趣的研究课题.特别是对称性极好的正十六面体,十氢十硼酸双阴离子笼[(B₁₀H₁₀)^2-,(图1)]的金属嵌入困难很大,所以目前虽已合成了几百个各种金属的碳硼烷(12),而它的金属嵌入物却只有两个,即乙氧基取代的巢型(nido)7-铂代十一硼烷(11)(图2)和闭合型邻二镍代十二硼烷(10)(图3).至于闭合型金属嵌入物或除去Pt、Ni以外的Ⅷ_b族其他过渡金属嵌入物的合成,则至今尚未见报道.     

硼化合物研究(Ⅲ)——B10H102-、B12H122-以及B3H8-阴离子的二茂铁季铵盐的合成

本文通过B_nH_n^2-(n=10,12)及B₃H₈^-盐分别与C₅H₅FeC₅H₄CH₂N(R)Me₂Cl和Fe(C₅H₄CH₂N(R)Me₂Cl)₂(R=CH₃-,C₂H₅-,n-C₃H₇-,CH₂=CH-CH₂-和CH≡C-CH₂-)在水溶液中进行反应,合成了相应的三十个新的硼烷阴离子衍生物,这些化合物对水稳定性好,B₁₀H₁₀^2-及B₁₂H₁₂^2-衍生物对热、酸、碱和氧化剂均很稳定。研究了反应物之间的用量比例对反应产物的影响。实验结果表明,不论反应物之间的克分子比如何变化,只能得到相应的一种产物(产率90-98％)。     

Ih对称性硼、碳原子簇化合物的从头计算(I)──B32、C2B30及B32H322-的构型及稳定性

本文用从头计算方法研究了含32个顶点的硼烷B₃₂H₃₂^2-及裸原子簇B₃₂与C₂B₃₀的构型、稳定性及反应活性。B₃₂的优化计算结果表明,12个5配位与20个6配位两类硼原子不在同一球面时最稳定,而且所含两种B-B核间距离(R₅₆R₆₆)的优化值验证了Lipscomb的经验数值。B₃₂、B₃₂H₃₂^2-电子结构及原子布居的计算表明骨架成键轨道满足Wade规则。相应的计算还表明,中性BB₃₂H₃₂可能稳定存在,但构型的对称性将低于I_h对称,另外。对C₂B₃₀结合能的计算及前线轨道性质的分析表明,C₂B₃₀热稳定性较高,并且有较强的得电子反应活性。     

Ih对称性硼、碳原子簇化合物的从头计算(Ⅱ)─C12B20、C12B20H32的电子结构及稳定性

用价轨道双ζ型基,在B₃₂H₃₂^2-等研究的基础上继续对C₁₂B₂₀、C₁₂B₂₀H₃₂及其正离子进行从头计算,并对照C₂B₃₀、B₃₂和B₃₂H₃₂^2-的计算结果讨论其成键特性、稳定性及得电子反应活性。     

硼-10富集硼烷Lewis碱加合物的合成

天然硼中主要含有两种稳定同位素,即硼-10和硼-11,丰度分别为19.78%和80.22%.其中,富集的硼-10同位素在核工业以及放射治疗癌症等方面有重要应用.因此,硼-10富集含硼化合物的合成具有重要的研究意义.硼烷类化合物是合成这类化合物的主要起始原料,但是目前合成硼-10富集硼烷化合物的方法还比较少.以商业可得的硼-10富集硼酸为起始原料,首先采用改进的文献方法合成了硼-10富集的Na¹⁰BH₄,Na¹⁰BH₄与碘单质反应生成乙硼烷(¹⁰B₂H₆)然后,乙硼烷与各种Lewis碱进行配位,得到了一系列硼-10富集的硼烷Lewis碱加合物,包括四氢呋喃硼烷(THF·¹⁰BH₃)、二甲基硫醚硼烷(DMS·¹⁰BH₃)、N,N-二甲基苯胺硼烷(DMA·¹⁰BH₃)、氨硼烷(NH₃·     

稀土硼酸盐的结构及其真空紫外(VUV)荧光性质

稀土硼酸盐在真空紫外(VUV)波段的吸收与化合物中硼酸根离子的结构有关,扩展Hückel计算表明,硼酸根离子中的B-O成键轨道与B-O反键轨道能量差按BO₄^5->B₂O₅^4->BO₃^3->B₃O₉^9-顺序减小,这与VUV激发光谱的实验结果一致,表明VUV激发过程对应于电子从B-O成键轨道向反键轨道的跃迁.     

气相离子-分子反应B2H3-+CS2——B2H3S-+CS的理论研究

用密度泛函方法B3LYP/6-311++G(d,p)和高级电子相关的偶合簇法CCSD(T)/6-311++G(d,p)研究了气相离子-分子反应B₂H₃^-+CS₂B₂H₃S^-+CS的机理.结果表明,B₂H₃最可能进攻CS₂中碳原子形成三元环中间体,随后通过氢迁移和最终消除CS的反应步骤形成硫原子转移产物H₃BBS^-+CS,反应大量放热且不需要活化能.B₂H₃直接对CS₂中硫原子进攻夺取硫原子的反应方式存在一定能垒阻碍.计算结果有助于深入了解B₂H₃,B₃H-6和B₄H₇^-等缺电子硼氢负离子的反应行为.     

乙硼烷离子和自由基结构的量子化学研究

用B₃LYP/6-311G(d,p)密度泛函方法对B₂H₅⁺阳离子和B₂H₅^·自由基的几何异构体的空间构型进行了优化,并在此基础上用QCISD(T)/6-311++G(3df,2p)偶合簇法进行了单点能计算和零点能校正.结果表明,B₂H₅⁺单态有2种稳定的几何构型(D_3h,C₁),其中C₁构型是新发现的.B₂H₅⁺三重态阳离子除已知C_s构型外,又发现两种稳定构型(C₁).对于B₂H₅^·自由基体系,共有4种异构体(包括两种新发现的构型C_s),其中,具有单桥结构的C_2v最稳定.用二级多体微扰理论和密度泛函方法对前人所认为稳定的B₂H₅⁺单态的C_2v构型进行了全优化,结果发现该构型始终具有一个虚频,不是稳定构型.对B₂H₅^-阴离子体系的单态和三重态进行的全优化,理论上得出单态时具有C_2v和C_s两种稳定构型,而三重态只有C_2v一种稳定构型.     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。