Theoretical Design of High-spin Organic Molecules with —^＊N—S— as a Spin-containing Fragment and Heterocycle as End Groups

IntroductionDesigns and syntheses of organic molecules withvery high-spin ground states have been a topic of greatinterest[1—8].One of the rational approaches to desig-ning high-spin molecules,which has been proposedand studied by several groups[9,10],in…     

含杂环并具有高自旋基态的双自由基体系的理论设计

以—·N—O—为自旋中心(SC),间苯为铁磁耦合单元(FC),苯、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪为端基(EG),设计一系列新型稳定高自旋分子.另外以—·N—O—为SC,苯、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪为FC,苯为EG,又设计另一系列新型稳定高自旋分子,并通过AM1—CI方法计算,研究了不同杂环作为端基或耦合单元对高自旋分子自旋多重度稳定性的影响.     

构型与构象对苯双自由基体系基态自旋多重度及其稳定性的影响

利用AM1-CI方法计算了构象对邻、间、对二取代苯双自由基体系基态自旋多重度及其稳定性的影响. 结果表明单 - 三重态能量差(△ES－T)和部分占据分子轨道的能量劈裂(△EPOMO)随自由基与苯环间的二面角而变化. 当二面角接近90°时, 分子具有平面或近平面构象时强的铁磁或反铁磁耦合单元, 由于具有近简并的高自旋和低自旋基态, 而变成弱的反铁磁或铁磁耦合单元. 由此提出为获得具有稳定高自旋基态的高自旋分子, 实验上应尽量避免选用强烈扭曲的邻、对苯分子构象.     

以喹啉为耦合单元双自由基体系的理论研究

设计用4种自由基自旋中心连接在耦合单元喹啉的不同位置上的双自由基体系,用AM1-CI方法计算的结果表明:双自由基连接的位置不同对体系耦合作用的影响符合双自由基之间磁性耦合的拓扑规则,即共轭体系中,两个自由基之间以偶数个C(或N)原子耦合,体系具有低自旋基态,表现反铁磁耦合;两个自由基之间以奇数个C(或N)原子耦合,体系具有高自旋基态,表现铁磁耦合.当双自由基连接在喹啉的相邻奇数个C或N原子位置时,体系具有高自旋基态,表现铁磁耦合.     

以杂环为铁磁耦合单元的双中心双自由基高自旋有机分子的理论设计

利用－·N－S－为自旋中心（SC），苯为端基（EG），苯、吡啶、哒嗪、嘧啶 、吡嗪、三嗪为耦合单元（FC），设计三种不同排列方式的新型稳定高自旋分子。 由于自旋密度在杂环（FC）和－·N－S－（SC）组成的体系中自由基双中心的部分 离域，导致－·N-S－自由基的特殊稳定性。三种不同的排列方式中，其三重态的 稳定性随主要SC（－N－）原子间距离的增大而降低。从三个系统八个体系三重态 的稳定性来看，FC上的杂原子位于取代基的间位能提高体系的铁磁耦合作用，而位 于邻位和对位则不利于铁磁耦合作用。     

多核配合物高自旋基态分子的设计--一个理论和实践的总结

多核配合物高自旋基态分子的设计和合成是分子磁学的一项重要研究内容.作者结合本课题组的工作,总结了合成高自旋基态分子的几种重要模型,包括磁轨道正交、自旋极化、非正规自旋态及自旋失措模型.简要介绍了它们的基本原理和应用这些模型取得成功的一些实例,为分子磁工程的实现提供了一些可行的策略和方法.     

构象对同位乙烯双自由基体系基态自旋多重度及其稳定性影响的理论研究

用DFT,CASSCF和QCISD(T)方法6-31G^*基组计算了构象对同位二取代乙烯双自由基体系基态自旋多重度及其稳定性的影响.结果表明,用DFT或CASSCF方法计算的单、三重态的能量差随自由基与乙烯间的二面角增加成不规则变化;用QCISD(T)方法计算的单、三重态的能量差随二面角的增加而逐渐降低,并呈规律性变化,说明QCISD(T)方法用于计算分子的磁性是可信的.对于同位二取代乙烯双自由基体系,无论双自由基旋转,还是单自由基旋转,高自旋基态稳定性随自由基与乙烯间二面角的增加而降低,只是降低的幅度不同,当二面角接近90°时,同位乙烯由具有平面或近似平面构象时强的铁磁耦合单元变成接近垂直平面构象时弱的反铁磁耦合单元或弱的铁磁耦合单元.     

以苯并杂环为端基的非环多醚化合物的合成

本文合成了8种以2(3H)-苯并恶唑酮和苯并三唑为端基的非环多醚化合物. 它们的组成和结构经元素分析,IR,MS和^1H NMR波谱分析得到证实. 初步反应揭示了这些化合物可与UO~2^2^+ 等离子形成稳定的配合物.     

对氯苯基乙酮不对称还原反应的理论研究

基于AM1分子轨道法计算 ,从热力学和动力学两方面研究了两种手性唑硼烷催化对氯苯基乙酮的不对称还原反应 ,获得了CBS四步反应机理中各步的反应热以及第II步的反应活化能 .结果表明 ,第II步和第IV步是吸热过程 ,采用唑硼烷的PhO基衍生物作催化剂有利于提高该不对称还原反应的对映选择性 .理论预测的产物手性及光学活性 (ee值 )与实验结果相吻合     

2-取代亚肼基-1,3-二硫杂环戊烷类化合物的合成及其生物活性研究

以取代苯甲醛、取代吡啶和取代苯甲酸酯等为原料合成了 10种含硫杂环化合物 (其中 2a～ 2g化合物为国内外未见报道 ) .在合成过程中采用了超声波技术 ,极大地缩短了反应时间 ,提高了收率 .所得化合物的结构经IR ,1 HNMR ,MS和元素分析证实 .对其生物活性进行了初步测试 ,结果证明一些化合物具有良好的抑菌或杀菌作用 ,其中 2b ,2c ,2e ,2h ,2i和2j对大肠杆菌 ( 10 40 7号 )的抗菌效果与CET和SMZ相当 ;2b ,2c ,2f对草绿色链球菌 ( 112 3号 )的抗菌效果与CET和SMZ相当 .     

3,3-二硝基氮杂环丁烷和1,1''''-亚甲基-双(3,3-二硝基-1-氮杂环丁烷)的合成研究

3,3-二硝基氮杂环丁烷(DNAZ)的含能盐及衍生物是一类重要的高能量密度材料,因此DNAZ的合成和应用受到了密切关注.采用新的合成方法,以1-叔丁基-3,3-二硝基氮杂环丁烷为起始原料,以76.3%的总收率得到了DNAZ,然后以DNAZ为原料,与多聚甲醛反应,得到了1,1'-亚甲基-双(3,3-二硝基-1-氮杂环丁烷)(DNAZ-CH2-DNAZ).用红外和核磁共振光谱等对各化合物的结构进行了表征.     

TTF+1-π共轭桥-6-氧四联氮阳离子双自由基NLO性质的理论研究

采用量子化学UPBE1PBE结合有限场(FF)方法,对系列TTF+?-π共轭桥-6-氧四联氮阳离子双自由基体系的稳定性,极化率αs和第一超极化率βtot进行研究.结果表明,TTF+?-6-氧四联氮阳离子双自由基引入共轭桥后,随体系共轭性增强,αs和βtot值均增大(体系2S的βtot值除外).自旋多重度和构象对双自由基体系的极化率和第一超极化率都有影响,双自由基体系由单重态转变为三重态时,极化率减小,而第一超极化率明显增大.以体系2为例,在单重态时αs和βtot值随构象变化较小,而三重态时αs和βtot值随二面角θ1和θ2的增加而减小.     

3，3-二硝基氮杂环丁烷和1，1′-亚甲基-双（3，3-二硝基-1-氮杂环丁烷）的合成研究

3，3-二硝基氮杂环丁烷(DNAZ)的含能盐及衍生物是一类重要的高能量密度材料，因此DNAZ的合成和应用受到了密切关注．采用新的合成方法，以1-叔丁基-3，3-二硝基氮杂环丁烷为起始原料，以76．3％的总收率得到了DNAZ，然后以DNAZ为原料，与多聚甲醛反应，得到了1，1′-亚甲基-双(3，3-二硝基-1-氮杂环丁烷)(DNAZ-CH2-DNAZ)．用红外和核磁共振光谱等对各化合物的结构进行了表征．     

NCO/NCS自由基与XY（X=H,Cl;Y=F,Cl,Br）间σ-型弱作用的理论研究

NCO和NCS是大气化学中非常引人关注的自由基,它们均有三个原子并且两个端基原子均可作为电子给体形成σ-型氢/卤键.本文在MP2/aug-cc-pVDZ水平上研究了NCO/NCS...XY（X=H,Cl;Y=F,Cl,Br）体系中的弱化学键.计算结果表明,氢/卤原子与N原子相连形成的复合物比与O/S原子相连形成的复合物稳定;氢/卤键的稳定性由分子静电势决定,而非原子电负性;对相同的电子给体B（B=N,O/S）和相同的卤原子来说,化学键的强度按Y=F,Cl,Br的顺序逐渐减弱.在氢/卤键形成过程中,自旋电子密度在电子给体和电子受体间的转移较少,但它在自由基内部发生重排,就本文研究的所有复合物而言,自旋电子密度均转移向XY分子的相反位置.     

新型2-(2'-取代亚肼基)-1,3-二硫杂环戊烷衍生物的合成和菌活性研究

通过结构改造并结合活性基团的拼接合成了11个未见文献报道的新型2-(2'-取代亚肼基)-1,3-二硫杂环戊烷类化合物,所有的目标物的结构都经HNMR,MS,IR和元素分析证实,选择了其中5个化合物对7种细菌进行了抑菌活性1测试,并与市售农药20%三环唑、70%威尔达甲托的抑菌活性进行对比,发现它们比市售农药有更为广泛的杀菌谱,对照农药只对金黄色葡萄球菌有良好的抑菌作用而这些化合物则对所选择的七个菌种均有良好的抑菌作用.其中化合物2-(对氟苯氧乙酰亚肼基)-1,3-二硫杂环戊烷(4c)的杀菌谱很广,它对金色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑杀活性都很好.     

一种以双π自由基为中间体的亚甲基重排机理的理论研究

用AM1方法对C~1~1H~1~0的热转换反应进行了理论上的研究; 计算结果验证了Scott推测的以不寻常的基态双π自由基为中间体的亚甲基重排机理, 并且得到了反应途径中的各个过渡态、中间体以及反应过程中各个过渡态的活化能。     

基于二酮基吡咯并吡咯的π-共轭分子的有机太阳能电池给体材料的设计与理论研究

本文设计了系列基于二酮基吡咯并吡咯(DPP)的有机小分子太阳能电池(OSCs)给体材料.设计的分子结构中,2个DPP分子片段作为2个端基通过不同的芳香杂环π-桥相连接.利用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法研究了所设计化合物的电子和光学性质.研究结果表明,在分子中引入不同的π-桥可以有效调节设计分子的前线分子轨道能量、能隙和吸收光谱,但是对几何结构影响很小.所设计化合物1-8均在近红外光谱区具有强吸收和窄能隙,这有利于提高有机太阳能电池的短路电流和光吸收效率.前线分子轨道分析发现,化合物1-8具有较低的最高占据轨道能级,可提高有机太阳能电池的开路电压.化合物1-3,5和7的前线分子轨道能级与典型富勒烯受体材料相匹配,可选用PCBM,bisPCBM和PC₇₁BM作为受体材料;而化合物4,6和8则应考虑选用其他的太阳能电池受体材料.结果表明,所设计的分子可作为性能优良的OSCs给体材料,为开发和利用太阳能电池给体材料提供理论依据.     

3,6-双(3′-氨基呋咱-4-基)-1,4-二氧杂-2,5-二氮杂环己-2,5-二烯的合成及晶体结构

以3-氨基-4-酰胺肟基呋咱(AAOF)为原料合成出了含能化合物3-氨基-4-酰氯肟基呋咱(ACOF)。用稀碱3%~5%Na2CO3水溶液处理,ACOF脱去一分子HCl生成不稳定中间体3-氨基-4-氰基呋咱的氧化物(ACFO),随后发生歧化反应,生成3,4-二(氨基呋咱基)氧化呋咱(BAFF)及其异构体3,6-双(3′-氨基呋咱-4-基)-1,4-二氧杂-2,5-二氮杂环己-2,5-二烯(BADDD)。用IR、MS1、H NMR1、3C NMR和元素分析对ACOF的分子结构进行了表征。分子和晶体结构测试表明,BADDD是一具有新颖化学分子结构的化合物。     

以1-(2,4,7-三硝基)芴基-2,6-二甲基苯胺为电子传输材料的单层结构有机光导体的研究

系统地研究了在由1-(2,4,-三硝基)芴基-2,6-二甲基苯胺(DMTNF),4-(二乙氨基)-苯甲醛-1,1-二苯基腙(DEH)和Y晶型氧钛酞菁(Y-TiOPc)或非金属酞菁(H₂Pc)构成的单层结构有机光导体的性能,考查了电荷产生材料(CGM)浓度、电场强度和CGM的种类对光导体静电照相性能的影响.研究结果表明,光导体的量子收率和感光度与CGM浓度有很大关系,正充电时随CGM的浓度的增加而增加,负充电时随CGM的浓度增加而降低.两种光导体在近红外光谱区表现出良好的光敏性,适合LD扫描成像.Y-TiOPc光导体的最高峰在80 nm处,半衰曝光量为0.588 μJ/cm²(正充电),0.828 μJ/cm²(负充电);H₂Pc光导体正充电最高峰在800 nm处,半衰曝光量为1.50 μJ/cm²,负充电最高峰在820 nm处,半衰曝光量为1.9 μJ/cm².     

3，6-双（3’-氨基呋咱-4-基）-1，4-二氧杂-2，5-二氮杂环己-2，5-二烯的合成及晶体结构

以3-氨基-4-酰胺肟基呋咱（AAOF）为原料合成出了含能化合物3-氨基-4-酰氯肟基呋咱（ACOF）。用稀碱3％～5％Na2CO3水溶液处理，ACOF脱去一分子HCl生成不稳定中间体3-氨基-4-氰基呋咱的氧化物（ACFO），随后发生歧化反应，生成3，4-二（氨基呋咱基）氧化呋咱（BAFF）及其异构体3，6-双（3’-氨基呋咱-4-基）-1，4-二氧杂-2，5-二氮杂环己-2，5-二烯（BADDD）。用IR、MS、^1H NMR、^13C NMR和元素分析对ACOF的分子结构进行了表征。分子和晶体结构测试表明，BADDD是一具有新颖化学分子结构的化合物。