表面官能化碳纳米管^13C NMR参数的理论研究

碳纳米管表面化学修饰是当前研究的一大热点,修饰后由于极性基团的存在,碳纳米管在极性溶液环境中的分散度得到明显改善,这在很大程度上扩展了纳米管研究的应用范围.本文采用C80H20模型来表示(10,0)碳纳米管,基于此模型计算了一系列氮烯、卡宾和氟化的单壁纳米管的结构、偶极矩,以及核磁共振参数.研究表明高精度的密度泛函理论(DFT)计算能够用来预测纳米管的13C化学位移,理论研究的结果揭示了氮烯、卡宾以及1,2和1,4氟化的单壁纳米管的若干13C信号特征化学位移值,为实验NMR谱图的归属提供了一定的依据,并且可通过与实验相结合来监测表面官能化碳纳米管加成反应是否发生以及确认其加成方式.     

卤代甲烷核磁共振谱化学位移的QSSR研究

利用描述电子效应的诱导效应指数（ΣI）、原子的平衡电负性（X_E）和反映核外电子云变形程度的总电子数（Σ_e）、各取代基到中心原子的化学键键长总和（Σ_d）以及各取代基电负性的和差值（ΔX）等参数对45个卤代甲烷化合物中的碳原子结构进行表征,并与其¹³C NMR谱化学位移建立了优良的定量结构-波谱关系模型：δ_Ｃ＝ -7403.8022-47.1765ΣI＋4290.0270X_E－3.3067ΔX－163.4672Σd－4.5153Σe＋22.9851Σe／Σd＋15.2597Σe／X_E－890.2521Σd／X_E．所建多元线性回归方程复相关系数R²及留一法（leave-one-out,LOO）交互验证（cross validation, CV）的复相关系数R²_CV分别为0.09951和0.9950．结果表明所建模型不仅能比现有文献更好地揭示卤代甲烷¹³C NMR谱化学位移与其分子结构信息之间的关系,同时也提供一种计算卤代甲烷¹³C NMR谱化学位移的新方法．     

量化计算在预测NMR参数和固体催化剂酸性中的应用

本论文将量化计算和NMR实验方法相结合,研究了有机分子在分子筛孔道中的吸附以及分子筛H-MCM-22和重要烷基化催化剂BF₃/γ-Al₂O₃的酸结构和酸强度, 同时我们成功将组合量子化学ONIOM-GIAO方法用到大体系化学位移的计算.  (1) 将ONIOM-GIAO方法用来预测有机固体化合物和吸附在分子筛孔道中有机小分子的¹³C化学位移屏蔽张量. 以前该方法仅被用来研究小的体系,我们成功将其用于预测氨基酸分子和一系列被吸附有机分子的¹³C的化学位移. ONIOM-GIAO方法充分将氨基酸晶体(或分子筛骨架)的空间结构和静电势的影响考虑到活性中心化学位移的计算中,计算得到的¹³C化学位移与实验值符合得非常好.  (2) 分子筛中铝原子和Brǒnsted酸性质子的分布将直接影响到分子筛的催化反应活性. 我们利用ONIOM方法研究了铝原子在分子筛MCM-22骨架中的分布状态,结合探针分子(丙酮和三甲基膦氧)的固体NMR实验,确定了MCM-22分子筛的酸强度和酸分布,合理地解释该分子筛对某些催化反应所表现出的独特选择性.  (3) 结合固体NMR实验结果,用量化计算方法从原子分子水平揭示了重要烷基化催化剂BF₃/γ-Al₂O₃酸位形成机理,提出来了BF₃表面修饰γ-Al₂O₃后所产生Brǒnsted和Lewis酸性位的结构. 理论计算提出的酸性位的结构和酸强度特征完全符合NMR的实验结果.  (4) 量化计算表明当异丙醇与萘分子共吸附在丝光沸石孔道中,异丙醇呈现被分子筛Brǒnsted酸质子化的趋势. 这是由于萘分子大的共轭体系所表现出的强溶剂诱导效应,分散了异丙醇碳正离子的电荷,这是一种新的非极性溶剂所产生的诱导效应.     

钯催化Csp-Csp3偶联反应的13C NMR定量研究

利用NOE（Nuclear Overhauser Effect）增强的¹³C NMR方法对钯催化C_sp-C_sp3偶联反应过程进行实时、定量监测. 通过制作浓度曲线的方法定量分析了反应过程中各组分的浓度变化. 实验表明,同一物质各个共振峰的NOE增强倍数基本不变. 结果证实了几个主要反应物和产物的含量变化之间具有相关性,提示这些物质同属一个反应过程,为早期提出的反应机理（Zhao Y S, et al. J Am Chem Soc, 2006, 128: 15 048-15 049）提供了实验证据. 说明¹³C NMR能准确地提供反应体系中各物质的浓度变化信息,是化学反应机理的有效研究手段.     

取代基效应对脂肪醇13C NMR化学位移的影响

用原子电负性、静电作用、极化度作为基本参数,并结合表征原子空间连接方式的立体效应参数,对醇分子中不同环境碳原子的化学位移进行关联, 将120个模型化合物(91个脂肪一元醇, 29个二元醇)中747个碳原子相关参数值和化学位移值带入模型中得到如下估算方程:  δ_C=42.947 9 + 63.064 0Q_i-3.628 6F+5.121 3Σα_x-6.584 8Q_iΣα_x -4.842 7N^α_H-0.585 5N^γ_H-4.104 6N^γ_OH (R=0.998 1 R²=0.996 1 S=1.14 F=27 125.2 n=747)  方程中各参数物理意义比较明确. 通过用“留一法”(LOO)检验(R_cv=0.998 0,R²_cv = 0.996 0,S_cv=1.16)及对样本外5个化合物69个碳原子化学位移的预测值和实验值比较, 结果表明模型方程具有很好的稳定性和预测精度, 该模型的提出为以后计算更加复杂化合物的¹³C NMR化学位移奠定了良好的基础.     

Rh基催化剂上氢甲酰化反应过程的原位高压NMR研究

制备了用于丙烯氢甲酰化反应的Rh/SBA-15 和PPh₃修饰的PPh₃-Rh/SBA-15催化剂. 应用原位变温高压核磁共振技术,对比研究了丙烯在Rh/SBA-15 和PPh₃修饰的多相催化剂PPh₃ Rh/SBA-15上的氢甲酰化反应,实现了高压条件下催化反应的原位固体核磁共振表征. ¹³C MAS NMR研究结果表明：在1.0 MPa的反应压力下,随着反应温度升高丙烯与合成气在Rh/SBA-15催化剂上可转化生成丁醛,而PPh₃配体修饰的PPh₃-Rh/SBA-15催化剂上丁醛产物的正异比显著提高.     

NMR研究β-环糊精对布洛芬的手性识别

用¹H NMR和¹³C NMR研究了β-环糊精对外消旋布洛芬的手性识别. 外消旋布洛芬与β-环糊精形成包合物后,其¹H NMR和¹³C NMR图谱的化学位移和峰形都有所变化,手性碳附近的某些原子所对应的吸收峰裂分为两组信号, 这两组信号分别对应布洛芬的两种対映异构体. 结果显示, 对于布洛芬, β-环糊精是一个方便而有效的手性溶解剂.      

取代亚胺中亚胺基15N NMR化学位移规律的研究

提出了计算苯甲醛亚胺、N-苯基亚胺、N-甲基亚胺、N-异丙基亚胺中亚胺基氮原子¹⁵N NMR化学位移的经验公式：δ_cal=δ_0n+Δα+Δβ+Δγ+c. 按亚胺基氮原子和碳原子上两类取代基的不同分别结合最小二乘法通过线性回归各得到5种取代基参数,计算结果分别以其化学位移数据为样本点作回归检验,置信度为99.5%,最大误差Δδ≤3.1,大约有95%的¹⁵N NMR化学位移计算值的计算误差小于3.0（相对误差小于0.3%）. 初步分析了芳香族亚胺苯环上对位取代基对亚胺基氮原子化学位移的影响.     

原子电性作用矢量用于呋喃糖核磁共振碳谱化学位移计算

从分子二维拓扑结构出发, 借助用于描述原子所处分子微观化学环境的原子电性作用矢量(Atomic Elementary Electronegativity Interaction Vector, AEIV)对25种呋喃单糖中共计148个等价共振碳原子进行了表征,并以此建立起用于模拟单糖分子¹³C NMR化学位移的两参数多元线性回归方程, 所得模型的复相关系数R_cum、交叉检验Q_LOO及均方根误差RMS分别达到0.907、0.901和6.757,并采用对半划分样本集交叉验证的方法来测试模型的稳定性能和预测能力. 结果表明AEIV能够很好的模拟糖类物质¹³C化学位移值.      

脂肪族醚类化合物核磁共振碳谱模拟

利用原子电性作用矢量(atomic electronegativity interaction vector, AEIV)对脂肪族醚类化合物中碳原子局部化学微环境进行表征, 并结合γ-效应参数与其核磁共振碳谱(¹³C NMR)建立定量构谱相关(QSSR)模型,建模计算值和留一法(leave-one-out, LOO)交互校验(cross-validation, CV)预测值的复相关系数(R)分别为0.995 7和0.994 2. 进一步使用外部样本对所得模型稳定性能进行检验,其外部校验相关系数(Q_ext)为0.996 3,结果表明： AEIV、γ-效应参数与¹³C NMR谱化学位移显著相关.     

31P NMR对马拉硫磷乳油中马拉硫磷及其有机磷杂质的分析

采用³¹P NMR对马拉硫磷乳油中马拉硫磷及主要有机磷杂质进行分析,确定了马拉硫磷及4个主要有机磷杂质的含量. 实验测定马拉硫磷乳油中马拉硫磷、O,O,S-三甲基二硫代磷酸酯、O,O,O-三甲基硫代磷酸酯、异马拉硫磷及马拉氧磷的含量分别是44.92%,0.55%,0.05%,0.22%,0.11%,相对标准偏差分别为0.07%,2.10%,2.88%,0.94%,1.58%. 分析结果表明,³¹P NMR是测定马拉硫磷及其有机磷杂质的含量的有效方法,解决了农药分析的实际问题,具有很好的实用性.     

吖啶酮生物碱的核磁共振碳谱模拟研究

采用表征分子内部化学微环境及原子所处杂化状态的结构描述子：原子电性作用矢量(AEIV)和原子杂化状态指数(AHSI),对42个吖啶酮生物碱分子792个共振碳原子进行结构表征,以多元线性回归技术建立¹³C核磁共振化学位移定量结构波谱关系模型,所得回归模型的复相关系数为R=0.957,标准偏差为SD=12.247. 采用留一法交互检验的结果为R_cv=0.956,标准偏差SD_cv=12.331. 对外部样本集预测结果表明,AEIV和AHSI具有表征能力强、物化意义明确等优点,所建模型具有良好的稳定性和估计能力.     

Raman Investigation of Sodium Titanate Nanotubes under Hydrostatic Pressures up to 26.9GPa

High pressure behavior of sodium titanate nanotubes （Na2Ti2O5） is investigated by Raman spectroscopy in a diamond anvil cell （DAC） at room temperature. The two pressure-induced irreversible phase transitions are observed under the given pressure. One occurs at about 4.2 GPa accompanied with a new Raman peak emerging at 834 cm-1 which results from the lattice distortion of the Ti-O network in titanate nanotubes. It can be can be assigned to Ti-O lattice vibrations within lepidocrocite-type （H0.7Ti1.825V0.175O4＆#12539;H2O）TiO6 octahedral host layers with V being vacancy. The structure of the nanotubes transforms to orthorhombic lepidocrocite structure. Another amorphous phase transition occurs at 16.7 GPa. This phase transition is induced by the collapse of titanate nanotubes. All the Raman bands shift toward higher wavenumbers with a pressure dependence ranging from 1.58-5.6 cm-1/GPa.     

黄芩的13C NMR指纹图谱研究

利用PFT-NMR 核磁共振波谱仪测定了黄芩提取物的¹³C NMR图谱,对黄芩提取物的¹³C NMR指纹图谱进行了解析,并与黄芩素、千层纸素A、汉黄芩素和黄芩苷进行了比较,获得了黄芩提取物的特征峰,结果表明不同黄芩提取物的¹³C NMR指纹图谱都显示出黄酮类有效成分特征共振峰,并具有很好的重现性和高度的特征性,可以成为黄芩真伪鉴别的依据.     

羧酸甲乙酯中羰基17O-NMR化学位移研究

提出了计算羧酸甲乙酯中羰基¹⁷O-NMR化学位移的公式：δ_cal（¹⁷O）=360.0+Δα+Δβ+Δγ,通过线性回归法确定了22种取代基参数.经回归检验表明该公式计算结果置信度为99.5%,与实验值的偏差Δδ在5.0以内的羰基¹⁷O-NMR化学位移计算值~100%.     

取代苯甲酸甲酯羰基17O-NMR化学位移研究

提出了计算取代苯甲酸甲酯类化合物羰基¹⁷O-NMR化学位移的公式：δ_cal(¹⁷O)=337.3+Δo+Δm+Δp, 根据52种取代苯甲酸甲酯类化合物的52个羰基¹⁷O-NMR化学位移数据, 通过线性回归法结合最小二乘法求得22个用于该公式的取代基参数, 回归检验表明采用该公式计算结果的置信度为99.5 %,计算值与实验值的偏差Δδ在5.0以内的～100 ％.