卤化铵催化氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法研究

首次系统地研究了卤化铵催化的间氯过氧苯甲酸氧化磺酰亚胺为哑嗪的方法.四乙基卤化铵(包括四乙基碘化铵及四乙基氯化铵)和四甲基卤化铵(包括四甲基碘化铵、四甲基溴化铵、四甲基氯化铵)被首次应用于催化氧化一系列磺酰亚胺为相应的哑嗪,可获得很高的产率.研究结果表明铵盐上氮原子的取代基对反应产率的影响是关键的,而卤素离子的影响较小.为哑嗪的合成提供了一种高产率、简便的方法.     

Ⅲ-Ⅴ族多面体团簇的稳定性规律

本文对Ⅲ-Ⅴ族多面体团簇的几何结构与稳定性规律之间的关系进行了总结,内容包括富勒烯C_n团簇、C_nX_n(X=H,F)团簇、B_nN_n团簇、(HBNH)_n团簇、N_n团簇及羰基硼(BCO)_n团簇。对于富勒烯,最成熟的稳定性判据为独立五元环规则和五元环共边计数规则,它们都强调C_n团簇由五元环与六元环形成,且五元环应最大程度分离。但氢化或氟化后的C_nX_n(X=H,F)团簇有不同的稳定性规律,它们的稳定结构为五元环聚集的管状结构。B_nN_n团簇主要由四元环、六元环这样的偶数元环形成,避免了BB或NN键的出现。其最稳定结构中,四元环呈最大分离。最稳定的(HBNH)_n团簇为四元环聚集的针状结构。N原子与CH单元为等电子体,但最稳定的N_n团簇由三元环、五元环与六元环形成,呈管状结构。BCO单元与CH也具有等瓣相似性,但最稳定的(BCO)_n结构由三元环和六元环形成。对部分氢化或氟化富勒烯稳定性规律的探索,是Ⅲ-Ⅴ族团簇稳定性研究的下一个难点。     

金属纳米团簇的合成及其光致发光性质的调控

金属纳米团簇是一种既具有出色光物理性质,又具有良好生物相容性的零维材料.利用配体对团簇的热力学稳定产物的选择性和还原剂动力学调控可以合成出结构多样的金属纳米团簇,在光学材料、生物医学和催化材料等领域展示出颇具潜力的应用前景.但金属纳米团簇的稳定性差、发光弱等缺点限制了其实际应用,因此通过聚集诱导发光效应和超分子自组装协同调控金属纳米团簇的稳定性及光学性质,可以构筑出结构与发光可控的金属纳米团簇组装体,有效促进金属纳米团簇的实际可用性.本文简要介绍了不同配体保护的金属纳米团簇的合成,阐述了金属纳米团簇的光致发光性质,总结了聚集诱导发光效应对团簇超分子组装体光致发光性质的影响规律,并分析提出了当前研究仍存在的问题及对未来探究的展望.     

稀土三元催化体系ZnO/SiO_2负载化及季铵盐催化CO_2与环氧丙烷合成高分子量聚碳酸酯（英文）

由环氧丙烷(PO)和CO_2交替共聚合成脂肪族聚碳酸亚丙酯,CO_2利用率高,所得产物具有一定的力学性能和生物降解性能,具有广泛应用前景.目前,用于CO_2和环氧化合物共聚的催化体系主要包含锌、钴、镉、铬、铝和稀土等金属活性中心,结构、活性各异的催化剂体系,其催化性能和产物性能也各具特色.其中,稀土三元催化剂(ZnEt_2-甘油-三氯乙酸钇)因合成聚碳酸酯产物的分子量高、碳酸酯单元含量高、聚醚及环碳酸酯副产物少的特点而受到关注.但是由于催化剂催化效率低,聚合时间长,产品成本高,使得工业化规模生产受到限制.本文基于稀土三元催化体系,将催化剂负载于硅胶及锌改性硅胶,优化了其制备条件,同时考察了添加季铵盐对催化CO_2/环氧丙烷共聚合成聚碳酸酯性能的影响.结果表明,在1 L聚合釜中,于3.5 MPa和70 ℃反应条件下,ZnO担载量及ZnO/SiO_2添加量对反应性能均有影响.当3 wt%ZnO/SiO_2的添加量为5 g时,稀土三元催化体系的活性为4845.2 g/mol_(Zn).所得聚合物经过多次纯化处理后,能够有效提高材料的热学性能,即有效除去产物中的ZnO对聚合物的热稳定性有重要作用.添加含有不同阴离子(F~-,Cl~-和Br~-)的季铵盐可显著影响稀土三元催化剂的活性.其中,仅四甲基氟化铵可以明显提高反应活性乃至聚合物分子量.在3 wt%ZnO/SiO_2载体和四甲基氟化铵的协同作用下,稀土三元催化体系的共聚性能明显提升,活性最高可达5223.0 g/mol_(Zn).聚合物结构分析表明,在载体和四甲基氟化铵存在下,聚合物分子量明显提高,可达到20万以上,分子量分布明显变窄,且聚合物结构如碳酸酯的单元含量、副产物含量以及聚合物产品玻璃化温度基本不变,后者均保持在40.41℃.基于此,我们提出了在ZnO改性硅胶载体及四甲基氟化铵存在下稀土三元催化体系催化CO_2/环氧丙烷共聚的反应机理:ZnO/SiO_2载体有利于稀土三元催化体系的分散,而四甲基氟化铵则有利于吸附在ZnEt_2上的环氧丙烷开环     

ABEEM浮动电荷分子力场在含离子体系中的发展和应用

离子水合及生物分子体系内离子选择性的微观作用机制是人们长期探索的重要课题,其难点在于如何合理精确地描述上述体系内的离子-水、离子-生物分子等各种相互作用.本文主要总结近年来原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场（ABEEM/MM）在含离子体系中的发展和应用,包括离子水溶液、金属蛋白、离子-核酸碱基体系的研究.我们优选相关参数,构建上述体系的势能函数,并对气相水合离子团簇、离子水溶液、金属蛋白、离子-核酸碱基体系进行研究,模拟其结构、活性、热力学和动力学等性质.研究和比较结果表明,我们的ABEEM浮动电荷力场总体上优于其它力场方法,其精度可达到或接近高水平从头计算MP2方法.这为进一步探讨生物分子体系内的离子选择性、金属酶及其它含离子体系的结构和性质奠定了基础.     

季铵盐功能化的钛硅分子筛催化丙烯氧化酯化合成碳酸丙烯酯

将有机卤素季铵盐以硅烷化键合方式嫁接到钛硅分子筛上,制备了兼备催化氧化烯烃合成环氧化物和环氧化物碳酸酯化反应的新型双功能催化剂,考察了其在丙烯、过氧化氢和二氧化碳一步合成碳酸丙烯酯的催化性能.研究表明,具有大外表面积的层剥离的钛硅分子筛是一种嫁接季铵盐合适的载体,丙基三丁基卤化铵是酯化催化性能优良的功能化基团,两者的偶合使一步法催化丙烯环氧化酯化合成碳酸丙烯酯的收率达48%.该催化剂具有较好的稳定性和重复使用性能.     

(AlN)+n和(AlN)-n(n=1～15)团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G*水平上,对(AlN)+n和(AlN)-n(n=1～15)团簇的几何构型、红外光谱和热力学稳定性进行了研究,并对它们的电离能及电子亲和能进行了讨论.结果表明:(AlN)n团簇的电荷状态对簇合物的结构有较大影响,随着n的增大影响逐渐减小;所有平衡结构中不存在Al-Al和N-N键,Al-N键是惟一键型;(AlN)+n和(AlN)-n结构稳定性幻数与(AlN)n相同,即n=2,4,6,…等偶数结构较为稳定;(A1N)10团簇具有最大的电离能(IP=9.14 eV)和最小的电子亲和能(EA=0.19eV),较其他团簇更稳定.     

NH4+( (H2O)n(n＝1～9)的量子化学和ABEEM/MM的理论研究

运用量子化学和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 构建描述铵离子-水体系相互作用的精密势能函数, 对 - (H₂O)_n (n＝1～9)簇合物的结构和稳定性等性质进行了研究. 对团簇的结合能和电荷布居分析发现, 当n≤4时, 随着水分子数目的增加, 与水分子间尽可能多地形成线型氢键, 直至水分子在 周围形成完整的第一水合层|当n≥5时, 簇合物以 为中心, 通过氢键网络形成的环状和笼状结构为最稳定. 与第一水合层水分子的相互作用强于水分子之间的相互作用. 结果表明, ABEEM/MM方法的结果与量子化学方法得到的结果有很好的一致性.     

过渡金属异核原子簇化学键研究 2: IB-Ⅷ, IB-ⅥB族金属四核原子簇电子结构研究

我们选择了14个IB-Ⅷ,IB-ⅥB族异金属四核簇合物,用DV-X_a方法研究它们的成键规律、配体效应及能级变化.计算表明:它们按构型可分为三类:三角锥、蝶型、平面四边形.金属簇骼轨道分别为6个、5个、4个,稳定性也依次降低.文中还讨论了三苯基膦等配体在合成IB簇合物中的作用和异核簇中d能带的变化对吸附的影响.     

生长中纳米碳管的电子结构

利用第一原理的离散变分方法计算了生长中纳米碳管团簇的电子结构,发现悬挂键的存在导致管口处的电子结构明显地不同于管体,对应的非键合价电子不仅直接改变管口处碳原子之间的键合模式,而且进一步增强管口处碳原子之间的结合,促使碳原子只向管芯移动,这与实验中观察到的封闭顶端的几何形态相一致;而且降低碳管的化学稳定性.与完整型纳米碳管截然不同的电子结构决定了生长中纳米碳管在合成纳米材料过程中具有不同的作用行为.     

冠醚菁染料的研究 Ⅳ.一些新冠醚菁染料的合成

冠醚菁染料的合成及其光谱增感作用已有报道.带有冠醚结构因子的新型菁染料具有良好的增感效应和稳定性. 为进一步研究冠醚菁某些基本结构因素对感光和理化性能的影响,根据冠醚空腔和菁甲川链的可调性,参照前文合成路线,研究了单苯并-18-冠-6的溴化、硝化、二硫化及还原缩合反应,制得了关键中间体2-甲基-5,6-并-18-冠-6-苯并噻唑(3),经两种季铵化反应后合成各种菁染料. 本工作合成的中间体(1～7)以及不同盐基的,对称和不对称及中位取代的苯并-18-冠-6型的冠醚菁(9～12,15)和苯并-15-冠-5型的冠醚菁(13,14)均未见文献报道.这些新化合物均经元素分析、红外光谱和紫外光谱鉴识.     

稀土-钛氧簇合物EuTi_6,EuTi_7和La_2Ti_(14)的可控合成（英文）

相比于纳米材料,原子精度的金属簇合物具有精确的表面结构和晶体结构,更有利于在原子水平上去理解化学反应的活性与结构的关系。作为团簇的一个有趣的分支,异金属的稀土-钛氧簇合物因其有趣的化学性质引起了人们的广泛关注。但是稀土-钛氧簇合物的精准合成是目前的重要挑战,这阻碍了其性能的进一步研究。因为螯合配体可以降低Ti~(4+)的水解速度,因此选择合适的螯合配体是制备稀土钛氧团簇的有效方法。最近,我们以螯合作用较强的3,5-二叔丁基水杨酸(H_2dtbsa)为配体,稀土盐和Ti(O~iPr)_4为原料,通过溶剂热法成功合成了四个新的稀土-钛氧簇合物[EuTi_6(μ_3-O)_3(OC_2H_5)_8(dtbsa)_6(Hdtbsa)]·(C_2H_5OH)(1),[EuTi_7(μ_3-O)3(μ_2-OH)_2(OiPr)_9(dtbsa)_6(Hdtbsa)Cl]·(HO~iPr)_3(2),[EuTi_7(μ_3-O)_3(μ_2-OH)_2(OiPr)_8(dtbsa)_7(Hdtbsa)]·(HOiPr)_2 (3)和[LaTi_7(μ_3-O)_3(μ_2-OH)_2(OC_2H_5)_8(dtbsa)_7(Hdtbsa)]_2·(C_2H_5OH)_4 (4)。单晶分析表明,七核化合物1内核EuTi6具有三角棱柱的结构,其中Eu3+位于六个Ti~(4+)离子形成的棱柱中心。八核化合物2和3的金属内核结构可以看作是化合物1中三棱柱的一侧连接一个Ti~(4+)。化合物4中,Ln_2Ti_(14)的金属骨架可看作是EuTi_7的二聚体。紫外-可见漫反射光谱估算的带隙值表明,簇合物1、2和3的禁带宽度值分别为2.35、2.07和2.16 eV,明显小于锐钛矿的禁带宽度值。光电响应测试发现这三种簇合物具有明显的光电响应,而且簇合物1和2的电荷分离效应好于簇合物3。为了探索这类簇合物在光催化方面的应用,我们做了在甲醇水溶液中的光催化(300–800 nm)分解水产氢实验。簇合物1、2和3的产氢率分别为112、106和87μmol?h~(-1)?g~(-1),高于商用P25。粉末X射线衍射(PXRD)和热重分析(TGA)证明了簇合物的光热稳定性。本文不但提供了一种制备稀土钛氧簇合物的螯合配体策略,而且还表明稀土钛氧簇合物具有较低的带隙和光驱动的催化活性。     

牛血清白蛋白介导合成的金纳米簇用于活细胞荧光成像

以牛血清白蛋白介导合成金纳米簇, 并利用荧光分光光度计、纳米粒度及zeta电位仪以及非变性聚丙烯酰胺蛋白质电泳对其进行了表征. 结果表明, 该金纳米簇不仅荧光信号较强, 而且在不同pH值溶液中荧光稳定性好. 在此基础上进一步考察了金纳米簇与宫颈癌细胞(HeLa)间的相互作用. 结果表明, 该金纳米簇可成功进入活细胞内, 在最佳的培育时间和金纳米簇浓度条件下可达到较好的活细胞荧光标记效果, 且在经过细胞固定化处理后仍保持其标记形态.     

季铵化聚丙烯腈的制备及其催化制备生物柴油

以聚丙烯腈纤维(PAN)为原料,氢化铝锂为还原剂,先将PAN上的腈基还原为伯胺基团得到还原产物PAN-NH2(APAN),再与具有季铵结构的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)键合,制备出季铵键合PAN聚合物;最后通过氢氧化钠活化得到具有强碱性季铵基团的聚合物PAN-N+(CH3)3OH-(QPAN).考察了氢化铝锂、EPTAC加入量及反应时间、温度等因素对季铵基键合量(—N+(CH3)2Cl-含量)的影响规律,采用X-射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)、示差扫描量热仪(DSC)等对聚合物结构和性能进行表征.结果表明,当PAN与还原剂氢化铝锂摩尔比为1∶3,温度为80℃,反应时间为24 h时,伯胺基团含量可达到0.4812mmol/g.进一步用还原产物APAN与EPTAC以最优反应条件(摩尔比1∶3,温度80℃,反应时间12 h)下进行反应,所得产物通过NaOH活化,得到碱强度为0.8034 mmol/g的QPAN.将QPAN用于大豆油和甲醇的酯交换反应制备生物柴油.在反应温度60℃,反应时间4 h,醇油摩尔比为16∶1,QPAN添加量为2.0 meq(OH-)的条件下,生物柴油产率可达64.7%.     

含全双硫螯合配体簇合物的研究——Ⅱ.[Mo_2Fe_2(μ_3-S)_4(S_2CNEt_2)_5]·CH_3CN的合成、结构和性质

在无氧非水介质中,以(NH_4)_2MoS_4,FeCl_3和NaS_2CNEt_2为原料合成了簇合物 [Mo_2Fe_2S_4(S_2CNEt_2)_5]·CH_3CN.X射线单晶结构测定表明,它具有[Mo_2Fe_2S_4]~(5+)类立方烷核心骨架。每个金属原子有一螯合基团S_2CNEt_2配位。第五个S_2CNEt_2基团在两个Mo原子间跨桥配位。XPS和Mossbauer谱的测定及M-S(M=Fe或Mo)键长比较表明,簇合物中Fe原子的氧化态是不同的,而两个Mo原子则具有相同的氧化态。该簇合物为顺磁性物质,μ_m=4.27μ_B。此外,还测定了它的红外光谱,紫外-可见光谱和催化乙炔还原活性。     

固态配位聚合物{[Ag2（bpp）2（H2O）2]（chd）.9H2O}n中之新颖“三叉星”笼状（H2O）5水簇的发现

固态配位聚合物{[Ag2（bpp）2（H2O）2]（chd）.9H2O}n（1）（bpp=1,3-二（4-吡啶基）丙烷、H2chd=1,4-环己烷二羧酸）是通过溶液相超声波合成技术获得的,建立在X射线结构分析技术基础上的结构（单斜晶系C2/c空间群,Z=4;晶胞参数a=30.37（2）？,b=9.271（5）？,c=18.89（1）？;β=128.47o;V=4164（4）？3）展现出该化合物捕捉了一条有趣的、由＂三叉星＂笼状五聚体及D2h构型四聚体水簇交替构成的一维水带,该化合物之所以新奇在于其代表了被认为是不太稳定的笼状水五聚体团簇的晶体学范例.第一性原理的密度涵理论（DFT）计算表明,笼状五聚体及D2h构型四聚体水簇的相互连接对于此类欠稳定水簇的稳定性是有益的.     

(AIN)+n和(AIN)-n(n = 1~15) 团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-31G*水平上, 对(AIN)⁺_n和(AIN)^-_n(n = 1~15) 团簇的几何构型、红外光谱和热力学稳定性进行了研究, 并对它们的电离能及电子亲和能进行了讨论. 结果表明: (AIN)_n团簇的电荷状态对簇合物的结构有较大影响, 随着n的增大影响逐渐减小; 所有平衡结构中不存在Al-Al和N-N键, Al-N键是惟一键型;(AIN)⁺_n和(AIN)^-_n结构稳定性幻数与(AIN)_n相同, 即n = 2, 4, 6, …等偶数结构较为稳定; (AlN)₁₀团簇具有最大的电离能(IP = 9.14 eV)和最小的电子亲和能(EA = 0.19 eV), 较其他团簇更稳定.     

金团簇二十面体结构融合过程中其催化活性的演变（英文）

近年来,由有机配体保护的原子精确金属团簇在合成方面已取得了重要进展,其独特的原子结构对一些化学反应产生独特的催化效果.原子精确的团簇催化剂明显不同于纳米颗粒催化剂和单原子催化剂,是一种关联均相和多相的、原子数目确定、尺寸均一、结构精确的新型催化剂.从原子尺度上精确构筑团簇催化剂,探究亚纳米尺度的微观结构对催化性能的影响,为常规催化剂所未能解决的关键科学问题提供解决的机会,为在分子尺度上揭示催化作用机制以及准确关联催化剂结构与催化性能提供新的研究体系,具有重要的科学研究意义.本文设计和使用了三种结构精确的金团簇催化剂,即Au_(25)(PPh_3)_(10)(SC_2H_4Ph)_5Cl_2, Au_(38)(SC_2H_4Ph)_(24)和Au_(25)(SC_2H_4Ph)_(18),分别由二十面体结构的Au_(13)单元通过中心顶点融合、面融合、体相融合形成的(简写为Au_(vf)、Au_(ff)和Au_(bf)),详细研究了这三个金团簇催化剂在二十面体Au_(13)单元的结构融合过程中,其催化活性的演变规律.在催化吡咯烷与O_2反应制备γ-丁内酰胺反应中,金团簇催化剂的催化活性顺序为Au_(bf)Au_(ff)Au_(vf),表明这三个金团簇中Au_(13)单元的结构随着点、面、体的融合,其催化活性随之增加.同时研究发现,对于同一个Au团簇催化剂,其表面硫醇配体的烷基链越短,其催化活性越高,这主要是由于短链硫醇分子的空间位阻较小,吡咯烷分子更容易进入催化剂的金表面,接触到活性位点,进行催化反应.实验表明,三个团簇金原子均带正电荷,正价金物种可能是催化吡咯烷与O_2反应的催化活化物种.研究发现, Au_(bf)团簇表面的活性位数目高于Au_(ff)和Au_(vf)团簇的,因此Au_(bf)的催化活性最高;同时,团簇表面配体的烷基链越短,其表面活性位数目也越多,这也进一步解释了表面硫醇配体的烷基链越短,其相应的金团簇催化剂的催化活性越高的原因.吡咯烷与O_2在金团簇上反应的可能路径为O_2在Au活性位上裂解的O原子和吡咯烷β-H转移至Au活性位的β-H反应脱水后形成亚胺,亚胺经过水解进一步氧化得到产物.这项研究将为在原子层次上调变金属团簇催化剂的结构进而改变其催化性能提供新的思路,对精准设计和构筑高效催化剂具有一定的科学指导意义.     

(RC_2R′)Co_2(CO)_6及其与Lewis碱反应的电化学研究

合成了两种新的簇合物(C_6H_5C≡CC_6H_4-Br-p)Co_2(CO)_(6-x)(PPh_3)_x(n=1,2),并用循环伏安法研究了一系列(RC≡CR’)Co_2(CO)_(6-x)L_x (n=0,1,2;L=PPh_3)和(RC≡CR’)Co_2(CO)_6与PPh_3在丙酮中的电化学行为.对于(RC≡CR’)Co_2(CO)_(6-x)L_x,其主要电极过程为(RC≡CR’)Co_2(CO)_(6-x)L_x+e(RC≡CR’)Co_2(CO)_(6-x)L_x~-此过程的还原电势E_p~(red)的大小与RC≡CR’及L有关.当C_2Co_2骨架上的电荷密度增大时,簇合物难被还原,却易被氧化.说明簇合物的前线分子轨道的能级既与钴有关,也与配体有关.簇合物得到一个电子形成的自由基是电子迁移催化反应的催化剂.     

疏水缔合和静电作用调控P(DTAB-co-AM)与蠕虫状胶束自组装网络

由新型的阳离子疏水单体二甲基十四烷基(3-丙烯酰胺基丙基)溴化铵(DTAB)与丙烯酰胺(AM)共聚合成了阳离子型疏水缔合共聚物P(DTAB-co-AM),研究了该共聚物与蠕虫状胶束自组装后的协同增黏效应,及改变疏水单体含量对自组装体系黏度的调控作用.制备了十八烷基三甲基氯化铵(CTAC)/水杨酸钠和芥酸钾/三羟乙基苄基氯化铵两类稳定的黏度较大的蠕虫状胶束体系.共聚物P(DTAB-co-AM)与芥酸钾/三羟乙基苄基氯化铵蠕虫状胶束在疏水缔合和静电吸引双重作用下自组装可形成协同增黏的缔合体系,而与CTAC/水杨酸钠阳离子蠕虫状胶束进行自组装由于只有疏水缔合作用,增黏效果不及前者.表观黏度研究表明,随着疏水单体含量的增加,P(DTAB-co-AM)与芥酸钾/三羟乙基苄基氯化铵缔合体系的黏度先增加后降低,当疏水单体含量为0.15 mol%时,缔合体系黏度达到极大值;当疏水单体含量为0.3 mol%时,缔合体系黏度反而低于与阳离子蠕虫状胶束缔合后的黏度.对于共聚物与CTAC/水杨酸钠蠕虫状胶束缔合体系,随着疏水单体含量增加,由于疏水缔合作用与静电排斥作用的相互抵消,致使体系黏度有所下降.由此说明改变疏水单体含量可以达到调控自组装体系黏度的目的.