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.     

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.     

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.     

1,3-丙二胺的不对称双Schiff碱异三核配合物的合成表征、晶体结构与磁性研究

合成了一种新的不对称双Schiff碱Cu(II)单核配合物Cu(HLt) (1) (H₃Lt为N-3-羧基水杨醛-N'-水杨醛-缩1,3-丙二胺)及其两个异三核配合物[(CuLt)₂Ni]•2.5H₂O (2)和[(CuLt)₂Mn]•5H₂O (3), 并用元素分析、红外光谱、电子光谱对它们进行了结构表征. 用X射线单晶衍射法测定了配合物3的晶体结构, 其晶胞中每个不对称单元包含一个异三核中性分子, 在此三核分子中, 中心Mn^2＋离子位于[O₆]的变形八面体配位环境中, 两个端基Cu^2＋离子位于[N₂O₂]的平面正方场中. 在5～300 K范围内测定了两个三核配合物的变温磁化率, 经拟合得化合物2的磁交换参数为－57.7 cm^－1, 化合物3的磁交换参数为－28.5 cm^－1, 表明在两个异三核配合物中, 中心M^2＋离子与外部Cu^2＋离子间存在弱的反铁磁自旋交换作用.     

气相中Co+催化N2O与C2H6循环反应催化剂活性的理论研究

采用密度泛函理论UB3LYP方法对Co⁺在三重态及五重态势能面上催化N₂O与C₂H₆进行循环反应的两态反应机理进行了研究. 运用Harvery方法优化了两自旋态势能面5个最低能量交叉点（MECP）,计算了MECP处自旋-轨道耦合作用. 采用Landau-Zener公式计算了自旋翻转处的系间窜越几率,各MECP处均可发生有效系间窜越. 通过应用Kozuch提出的能量跨度模型,Co⁺催化N₂O与C₂H₆在298K下反应生成CH₃CHO时有最大的TOF值3.35×10^-21 s^-1.     

N2O+经由B2Пi←X2П跃迁的光解离机理研究

在超声分子束条件下,利用360.50 nm的电离激光使N₂O分子经由[3+1]共振增强多光子电离（REMPI）产生纯净的N₂O⁺（X²Π（000））分子离子,用另一束解离激光在230-275 nm范围扫描获得N₂O⁺经由B²П_i←X²Π跃迁产生的光解碎片（NO⁺和N₂⁺）激发（PHOFEX）谱. 获得的光解碎片激发谱可以归属为B²П_i（00n）←X²Π（000）序列跃迁. 我们分别将线性三原子分子离子N₂O⁺中N―N伸缩振动简化成NO和N之间的简谐振动,N―O伸缩振动简化成N₂和O之间的简谐振动,用谐振子的简谐势能曲线和波函数对N₂O⁺分子离子X²Π和B²П_i电子态振动能级间跃迁的Franck-Condon因子进行计算,和实验得到的碎片离子增强谱实验强度进行比较,对前人给出的分子数据（分子平衡核间距）进行验证,讨论了N₂O⁺经由B²П_i（00n）←X²Π（000）电子态跃迁的光解离机理和碎片离子的分支比.     

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.     

Li＋在基于N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中的溶剂化

利用红外和拉曼光谱技术研究了Li^＋在不同浓度、不同溶剂组成的LiBF₄/N,N-二甲基甲酰胺-乙腈、LiBF₄/N,N-二甲基甲酰胺-四氢呋喃电解质溶液中的优先溶剂化现象. 红外和拉曼光谱的分析表明, Li^＋主要与DMF分子相互作用, 导致该分子的C＝O伸缩振动谱带、N—C＝O形变谱带、CH₃摇摆谱带等发生了分裂. Li^＋与其它溶剂分子的相互作用较弱, 谱带的分裂现象并不明显. Li^＋溶剂化数的计算显示, Li^＋第一溶剂化层内DMF分子的数目一般大于2, 这说明 Li^＋在混合溶剂体系内优先与DMF分子相互作用. 量子化学计算支持了这一结论.     

X衍射精细结构和晶体旋光角研究D-,L-,DL-缬氨酸晶格分子间N~+H…O~-氢键电子库珀对的自旋流超导相变(英文)

为了解决D-和L-缬氨酸单晶在～270 K相变的机理和分岐,以比热法测定单晶、多晶粉末及Sigma多晶产品发现,只有D-和L-缬氨酸单晶发生相变,且为吸热反应,能差0.18 J·mol-1.本文以Mo-Kα(λ=0.071073nm)为光源的X衍射精确测定表明,D-/L-缬氨酸单晶属于单斜空间点群P21,Z=4.在相变温度～270 K,其晶格常数分别为:a=0.96706(5)/0.96737(5)nm,b=0.52680(3)/0.52664(3)nm,c=1.20256(7)/1.20196(6)nm,β=90.724(2)°/90.722(3)°.在晶体结构的单元细胞中,含有两种转动异构体:A(trans)和B(gauche I).温度为293、270、223、173 K的X衍射精细结构数据表明:在～270 K,D-缬氨酸单晶分子内N―H…O氢键中,N―H、H…O的键长及键角∠N―H…O都发生波动起伏而不可测,但N―H…O总键长变化稳定可测.说明没有发生构型相变为L-缬氨酸.根据D-和L-缬氨酸单晶中,NH3→CO2顺时针和逆时针的相反走向及D-,L-和DL-缬氨酸晶体旋光角的测定,在270-290 K可以观察到晶格分子间N+H…O-氢键电子库珀对的自旋流超导相变.     

新型双烯丙基化手性二胺的合成

通过烯丙基溴化锌对手性亚胺的两次不对称加成, 合成了光活性的双烯丙基化的新型手性二胺. 首先经N-Boc保护和Dess-Martin氧化制得了光活性的(S)-N-Boc-3-苯基-2-氨基丙醛. (S)-N-Boc-3-苯基-2-氨基丙醛与(S)-缬氨基酸甲酯缩合生成手性亚胺, 在七水合三氯化铈(CeC1₃•7H₂O)催化以及底物的手性诱导作用下, 该手性亚胺与烯丙基溴化锌经不对称加成反应合成了高光活性的单烯丙基化手性胺. 该手性胺与2-噻吩甲醛缩合生成新的手性亚胺, 再次通过不对称烯丙基加成反应合成了含有四个手性中心的高光学纯的双烯丙基化手性二胺. 目标化合物和关键中间体的结构均被¹H NMR, ¹³C NMR及MS确证.     

吡嗪酰腙席夫碱单核Co（Ⅱ）配合物的合成与磁性

合成了一个基于吡嗪酰腙席夫碱配体H₂L的单核Co（Ⅱ）配合物[NHEt₃][Co（HL）₂]·3H₂O（1）,并通过红外光谱、热重分析、X射线单晶衍射分析及变温磁化率测定等对配合物进行了表征。X射线单晶衍射分析表明,该配合物包含1个Co（Ⅱ）、2个去质子化的HL^-配体以及未参与配位的3个水分子和1个质子化三乙胺,中心Co（Ⅱ）与N₂O₄六配位形成扭曲的八面体构型。配合物1以及去除水分子后的1的磁性测试表明二者均具有缓慢的高低自旋转换,其不同之处归属为氢键对磁性的影响。     

手性氨基酸分子的温度诱导相变——自发对称性破缺与复原

运用统计理论热力学函数自由能ΔG、焓ΔH、熵ΔS、平衡常数K与粒子平动、振动、转动配分函数关系, 并通过变温D- 与L-CDBrClF实例计算, 证明在宏观温度变量下, 可以导致手性分子D⇔L平衡中宇称破缺熵差的反号. 根据作者科研组14年来, 采用变温X衍射、中子衍射、比热、直流和交流磁化率、¹H和¹³C固相核磁共振、拉曼光谱、晶体旋光和双折射、超声测定相变等实验方法, 证明Salam假说预言的温度范围(200～250 K)存在温度变量诱导的相变, 产生自发对称性破缺. 在宇称破缺能差(PVED)接近0条件下, 宇称破缺熵差导致D和L分子反向的物理行为, 产生分叉机制(bifurcation mechanism). D和L分子的能量差别, 可能是早期生命起源时, L氨基酸富集的原因. 实验还发现, 在低温变温下自发对称破缺的复原. 由于晶相结构限制分子重排, Salam相变不是D→L的构型相变.     

分子手性的温度效应：D-丙氨酸的变温X衍射和中子衍射研究

利用X衍射（300, 270, 250 K）和中子衍射（300, 260, 250, 240 K）研究D-氨酸单晶在静态的和动力学的变温过程中的结构特征以及考证Salam预言的由D到L构型转变的可能性. 实验发现丙氨酸晶体的空间群P212121对称性没有改变. 实验结果否定了构型相变的可能，但是发现在~250 K有一个微小的、连续的对称性破缺发生. 晶体分子振动产生的环电流模型可以用来解释D-和L-丙氨酸单晶直流磁化率和天然旋光角相反的现象， 与之相关的中子衍射数据进一步揭示了变温过程中αC－H(2), N－H(1), N－H(4), N－H(6) 键长的不同变化. 中子衍射还显示了质子移动所导致的动力学无序，来源于分子内氨基和羧基形成的氢键和分子间αC－H和氨基形成的氢键，从而产生的晶格扭曲和NH³⁺的扭转. 实验结果表明Salam预言相变不是传统意义的结构相变，而是由于温度效应导致了在相变点附近分子的宇称破缺能差（PVED）增大，然后通过氨基酸分子的隧道效应扩大了宇称破缺能差的影响，这一研究为生命现象中快速的均一手性形成提供了非线性机理的合理解释.     

具有C2对称的氮磷-氧磷配体双噁唑啉磷乙烷的合成及在不对称催化加氢中的应用

利用易得的光学纯N-甲基氨基醇与1,2-双(二氯磷)乙烷缩合合成了一类新的具有C₂对称轴的氮磷-氧磷配体(R,R)-双噁唑啉磷乙烷(BOAPE) 1～4. 该类配体不仅具有C₂对称结构和刚性五元环, 还具有富电子特性, 利用500 MHz进行了¹H NMR, ³¹P NMR, ¹³C NMR表征. 与这些配体配位形成的Rh配合物用于N-苯甲酰基脱氢丙氨酸衍生物和α-功能化酮不对称加氢, 分别可以得到99%和98%的ee. 这类配体比它们相对应的非C₂对称的氮磷-氧磷化合物(AMPP)配体具有更高的对映选择性. 在这四个新的配体中配体(R,R)-Ph-BOAPE (2)的催化性能最优. 催化剂[Rh(COD)(R,R)-Ph-BOAPE]BF₄的半反应周期t_1/2和周转频率(TOF)在N-苯甲酰基肉桂酸甲酯的不对称加氢反应中分别为12 min和6.5 min^－1.     

EDTA有效促进石墨相氮化碳(g-C3N4)光催化降解甲基橙

研究了在光照下,乙二胺四乙酸（EDTA）的添加促进石墨相氮化碳（g-C₃N₄）光催化降解甲基橙（MO）.研究了H⁺和羧酸根负离子对光降解MO的影响.紫外-可见漫反射光谱（DRS）研究表明,EDTA的加入并没有改变g-C₃N₄的电子结构和光电特性.EDTA的加入捕获了空穴（h⁺）,促进了光生e^-/h⁺对的分离,从而使光降解活性提高.证明了·O₂^-是光催化降解过程中的主要活性物种.基于上述研究结果,我们提出了一种可能的EDTA促进g-C₃N₄光催化降解MO的机理.这些结果为提高g-C₃N₄光催化降解水体中有机污染物的性能提供了一种新方法.     

手性分子中的宇称破缺:D-和L-丙氨酸的变温中子结构研究

利用单晶的中子衍射研究295 K和60 K时丙氨酸对映体的结构特征以及由D到L构型转变的可能性.中子衍射数据揭示了变温过程中产生的晶格扭曲和的扭转. 通过分析宇称破缺能差EPV随二面角及扭角的变化,肯定了D-丙氨酸能量高于L-丙氨酸的结论.降温过程中D-和L-丙氨酸的弱氢键的行为的差异表明,可能是由于电弱相互作用宇称不守恒所引起.丙氨酸中子结构再次证实Cα－H…O氢键的存在.然而,比较295 K和60 K(高于和低于丙氨酸相变温度250 K)的中子衍射结构数据,表明并没有发生D型到L型的构型转化,这意味着Salam相变不是传统意义的结构相变.     

功能化石墨烯/活性炭复合电极及不对称电容器脱盐

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(AMPTS)修饰氧化石墨(GO)还原合成氨基功能化石墨烯(GP-NH₂). 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线能谱(EDX)分析证明了氨基基团的成功接枝. 以GP-NH₂为添加剂, 制备胺化石墨烯/活性炭(GP-NH₂/AC)复合电极, 并以GP-NH₂/AC 为正极, AC电极为对电极, 组装不对称电容器(AC||GPNH₂/AC)用于电容脱盐. 实验表明, AC||GP-NH₂/AC 单循环脱盐量为7.63 mg·g^-1, 电流效率达77.6%. 利用磺酸重氮盐接枝石墨烯制备磺化石墨烯(GP-SO₃H)及磺化石墨烯/活性炭(GP-SO₃H/AC)复合电极. 并以GPSO₃H/AC为负极, GP-NH₂/AC 为正极, 组装不对称电容器(GP-SO₃H /AC||GP-NH₂/AC)用于电容脱盐, 其平均脱盐速率可达0.99 mg·g^-1·min^-1, 比纯AC电极提高了接近5倍. 充放电速率提高了30%; 而且由于正、负极表面固有电荷的存在, 大大降低了反离子效应, 电流效率由40% (纯AC||AC对称电容器)提高到92.8%. 表明电极内功能化导电石墨烯的存在既提高了导电性, 又兼具离子选择性的作用, 从而明显改善电极的脱盐性能.     

一种用于金属离子和质子传感的不对称吡咯并吡咯二酮衍生物

吡咯并吡咯二酮(DPP)具有优秀的光学和电学特性,但其不对称衍生物的报道却很少。本文合成了一种含有乙烯基桥的不对称DPP衍生物TDB,并对其进行了表征。TDB在665 nm处显示出了深红色至近红外(NIR)的荧光,对TDB的进一步研究表明,它对金属离子Ni_²⁺有良好的选择性,对H_⁺有较高的敏感性。     

铀(Ⅵ)与不对称希夫碱配合物的合成和热分解反应动力学

邻苯二胺与5－氯－2－羟基二苯酮、邻香草醛作用合成了一种不对称希夫碱配体C₂₇H₂₁N₂O₃Cl（H₂L）。在正丁醇和甲醇体系中硝酸铀酰与该配体反应合成了一种固体希夫碱配合物[UO₂(HL)(NO₃)(H₂O)]·H₂O。通过元素分析、IR、UV、¹H NMR、TG-DTG及摩尔电导率分析等手段对合成的配合物进行了表征,用非等温热重法研究了铀(Ⅵ)配合物的热分解反应动力学,推断出第三步热分解的动力学方程为：d α /d t = A · e^{- E/RT} ·3/2[(1- α )^-1/3-1]^-1,得到了动力学参数E和A。并计算出了活化熵△S^¹和活化吉布斯自由能△G^¹。     

α-Fe2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

以Fe(NO₃)₃·9H₂O和正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 通过溶胶-凝胶法和辅助模板法分别制备了纳米α-Fe₂O₃和SiO₂, 并对所合成样品进行了粉末X射线衍射(XRD)和BET表征. 使用自动电位滴定仪测定了α-Fe₂O₃/SiO₂纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质. 研究了在不同pH下α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺离子的吸附行为. 基于上述实验数据, 用WinSGW软件计算了α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面酸碱配位常数, 并得出结论: α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系表面反应为单一脱质子反应≡XOH ⇔ ≡XO^-+ H⁺(lg K = -8.19±0.15), 明显区别于同时具有加质子和脱质子反应的α-Fe₂O₃/SiO₂/γ-Al₂O₃, α-Fe₂O₃/γ-Al₂O₃和SiO₂/γ-Al₂O₃等纳米颗粒混合体系. 在此基础上拟合得到α-Fe₂O₃/SiO₂混合体系吸附重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺的表面络合反应平衡常数分别为:
≡XOH + M²⁺ ⇔ ≡XOM⁺+ H⁺ [lg K = -3.1, -3.6, -3.8 (M = Cu, Pb, Zn)].
≡XOH＋M²⁺＋H₂O ⇔≡XOMOH＋2H⁺[lg K = -8.8, -8.0, -10.5 (M = Cu, Pb, Zn)]