烷基-全氟酰氧基氮氧自由基——全氟酰基过氧化物与脂肪族伯、仲胺单电子转移反应的EPR研究

EPR研究表明,全氟酰基过氧化物在室温下可将脂肪族仲胺氧化成相应的稳定双烷基氮氧自由基。它们与RNH₂的氧化反应是单电子转移过程,生成烷基-全氟酰氧基氮氧自由基RN(O^·)OCOR_F;当R为叔烷基时,还生成RN(O^·)R、RN(O^·)H、RN(O^·)R_F和RN(O^·)R_F′(R_F′=R_F-CF₂)等4种稳定性差别很大的氮氧自由基。EPR研究结果揭示了该反应机理的重要信息。     

蝎型螯合过渡金属配合物的研究(Ⅰ)──氢三(3-对甲氧基苯基吡唑-1)硼酸铜(Ⅱ)配合物的合成、表征及晶体结构

合成了一种蝎合配体氢三(3-对甲氧基苯基吡唑-1)硼酸钾KTp^An.室温下,等物质的量的KTp^An与Cu(O₂CMe)₂·H₂O在THF溶液中反应得配合物[Cu(O₂CMe)(HB{pz^An}₃)](Ⅰ);KTp^An与等物质的量的无水CuCl₂反应则得不同的产物CuCl(pz^AnH)(HB{pz^An}₃)(Ⅱ).对标题化合物进行了元素分析、红外光谱、顺磁共振谱和电化学研究.配合物Ⅰ和Ⅱ的苯溶液的EPR谱研究表明中心金属铜的基态电子构型为拟轴对称的{dx₂-y₂}¹.Ⅱ的X射线衍射晶体结构分析表明,铜离子的配位环境为畸变的四方锥结构,与其配位的有配体Tp^An上3个吡唑氮原子、3-对甲氧基苯基吡唑氮原子和1个氯离子,晶体属空间群P2₁/c.a=1.1643(2)nm,b=2.7081(5)nm,c=1.4494(3)nm,β=105.37(3)°,V=4.4066(14)nm³,Z=4,R=0.0604.分子中存在弱的分子内氢键N-H…Cl,其中Cl₁…N₁=0.3009nm,∠Cl1…H1B-N1=120.3°.     

Meso-2,3-二氰基-2,3-二苯基丁二酸二乙酯熔融相热异构化反应动力学及中间体EPR测定

测定了2,3-二氰基-2,β-二苯基丁二酸二乙酯meso-异构体熔融相的热异构化反应动力学及苯环对位为X(X=OCH₃,CH₃,H,Cl,NO₂)的相应二乙酯反应中间体自由基的EPR谱,自由基的结构由计算机模拟确定.结果表明,在实验温度范围内,平衡常数随温度的升高而降低.热力学数据为:ΔH_dl-meao= - 18.02 kJ/mol, ΔS_dl-meao= - 26.51 J/mol·K, ΔH^≠ = 151.78 kJ/mol, ΔS^≠ = 71.64 J/mol·K.反应机理是内消旋体的中心碳-碳键发生均裂,生成α-氰基-α-乙氧甲酰基-P-X取代苄基自由基,再重新结合时发生异构化,生成dl-异构体.     

NiTi过渡金属团簇的结构和芳香性的理论研究

在B3PW91/6-311+G(d)计算水平上, 计算并讨论了Ni₄Ti₂, [Ni₄Ti₂]²⁺, [Ni₄Ti₂]^2-与Ni₄Ti₄, [Ni₄Ti₄]²⁺, [Ni₄Ti₄]^2-团簇的几何结构和芳香性. 在构型优化过程中得到了Ni₄Ti₂(D_4h), [Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h), [Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)和Ni₄Ti₄(D_2h)4个稳定构型, 发现当引入上下2个Ti原子后, Ni₄环成为了平面正方形构型. 核无关化学位移(NICS)计算结果表明, Ni₄Ti₂(D_4h)与Ni₄Ti₄(D_2h)的NICS值为正, 而[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)的NICS值为负, 且[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)的NICS值更负. 同时还发现, 由s与d轨道参与形成的反磁性环流是引起[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)具有较大芳香性的主要原因; 其中Ti原子主要提供d_z²与s轨道, 而Ni原子主要利用其d_z²与d_x²-y²轨道形成正方形环, 它们之间构成了球状的d轨道环流, 且[Ni₄Ti₂]²⁺(D_4h)和[Ni₄Ti₂]^2-(D_4h)中还有非常明显的π轨道环流.     

四氮杂-18-冠-6的锌/铜(Ⅱ)配合物的合成与结构

合成了1,10-二氧-4,7,13,16-四氮杂-18-C-6(以下用L代表)的硝酸锌和硝酸铜(Ⅱ)配合物.配合物Cu(L)(NO3)₂晶体属正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数如下:a=1.5744(6)nm,b=1.2676(4)nm,c=1.8983(6)nm,V=3.789(2)nm³,Z=8,最终偏离因子R₁=0.0431,wR₂=0.0904.配合物Zn(L)(NO₃)₂晶体属正交晶系,Pnna空间群,晶胞参数a=1.61356(10)nm,b=1.32871(11)nm,c=0.86260(5)nm,V=1.8494(2)nm³,Z=4,最终偏离因子R₁=0.0718,wR₂=0.1950.冠醚环上的4个氮原子和2个氧原子都参与了配位,NO₃^-未参与配位,中心金属离子的配位数为6.红外光谱、¹H NMR和EPR谱等研究佐证了上述测定结果.Cu(L)(NO₃)₂循环伏安实验表明该配合物在-1.0～0V电压范围内,只发生Cu(Ⅱ)→Cu(Ⅰ)的还原反应,而在-1.6～0V电压范围内,发生Cu(Ⅰ)→Cu(0)的反应.     

二茂锆衍生物的量子化学计算Ⅰ.一氯一氢二茂锆络合物的EHMO计算

本文采用EHMO方法计算了Gp₂Zr(H)Cl络合物的分子轨道、能级和电荷分布.计算结果表明:(1)最低空轨道主要是由中心金属锆原子的4d_(?)-y²,4d_z²和4d_y²,所组成;最高填满轨道主要由两个环戊二烯基配位体的原子轨道所组成.(2)此络合物的电荷分布是:中心金属锆原子带正电荷,两个Cp环及Cl,H配位体带负电荷.(3)Zr-H键长接近于Zr⁴⁺和H^-的离子半径之和,而不是Zr和H原子的共价半径之和.这表明Zr-H键可能更接近于具有离子键的特征.     

二价双核铀聚吡咯配合物结构设计和铀-铀多重键的理论研究

经三十余年努力,二价铀溶液化学于近年取得突破性进展,Evans和Meyer等成功获得两个可通过X-ray晶体衍射表征结构的有机金属铀（II）配合物.为进一步拓展U^II配合物化学和探索可能存在的金属多重键,设计双核配合物[（U^II）₂（L）]（L为八齿氮供体低聚吡咯大环四价阴离子）,并使用相对论密度泛函理论优化其可能的电子自旋态异构体结构和计算相关性质.结果表明,[（U^II）₂（L）]具有三重态基态,其电子组态为π⁴σ²δ²;U（5f）原子轨道对高占据分子轨道有重要贡献;它的U-U键长为2.33Å、Mayer键级为3.89和对应的伸缩振动频率为259 cm^-1,被指认为U-U弱四重键.这一结论与QTAIM （quantum theory of atoms in molecule）的U-U键临界点处的电子/能量密度拓扑分析结果相一致.与不同氧化态铀同类物[（U^m）₂（L）]ⁿ⁺ （m=III,n=2;m=IV,n=4）比较显示,随着铀氧化态增大,U-U距离增长、键级变小、伸缩振动频率变小,金属铀电子自旋密度与常规预期值的差值（?S_U）增大;结合分子轨道和QTAIM参数分析,发现金属氧化态可以调控配体和金属轨道能级匹配程度和改变金属-金属多重键.     

pH法研究UO2+2与甘氨酰替甘氨酸、白氨酸和四咪噻唑的络合物

本文应用pH法测定了UO₂⁺²与甘氨酰替甘氨酸、白氨酸和d,l-2,3,5,6-四氢-6-苯基咪唑[2,1-6]噻唑的络合物的逐级稳定常数,分别得出,UO₂⁺²-甘氨酰替甘氨酸体系:β₁=5.7×10³和β₂=1.4×10¹⁰;UO₂⁺²-白氨酸体系:β₁=4.0×10⁵和β₂=1.6×10¹³,以及UO₂⁺²-d,l-2,3,5,6-四氢-6-苯基咪唑(2,1-6)噻唑体系:β₁=6.5×10⁴和β₂=2.0×10¹⁰(25℃,μ=0.1,KCl维持)。同时,将徐光宪的溶液中络合物吸附平衡理论引入pH法研究络合物稳定常数中。     

基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物的合成和光催化活性

采用水热合成方法制备了2个基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物, 化学式分别为{[Cu₂(4,4′- bipy)₄(H₂O)₄](SiMo₁₂O₄₀)·18H₂O}_n(1)和{[Cu₂(4,4′-bipy)₄(H₂O)₄](PMo₆W₆O₄₀)·18H₂O}_n(2)(bipy=bipyridine). 结构分析 表明2个化合物同构, Cu²⁺是六配位, 分别与4个4,4′-bipy上的N原子和2个水分子上的O原子结合, 形成 [Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺二维层状结构. 杂多阴离子通过静电与配位阳离子[Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺作用交叉排列在层间. 通过红外光谱、 粉末X射线衍射和固体紫外-可见漫反射光谱等对化合物的性质进行了表征. 研究了所合成化合物对水溶性染料亚甲基蓝的降解活性, 发现2种化合物对于亚甲基蓝均表现出显著的光降解活性, 并对它们的催化机理进行了讨论.     

正十六烷光催化降解的羟自由基测定及其反应速率常数

以5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(DMPO)为自旋捕集剂,采用电子顺磁共振(EPR)方法,在光照的TiO₂磷酸缓冲水溶液(pH=7.4)中检测到羟自由基的自旋加合物(DMPO-OH),其强度随光照时间增加而加大.在1min时达到稳态,此时DMPO-OH的产生和猝灭达到平衡.根据已知的羟自由基(HO·)与DMPO结合的速率常数k0,推导出纳米级TiO₂光催化生成羟自由基氧化正十六烷(n-C_{16H34)的速率常数k=5.0×10¹¹mol^-1·L·s^-1.}     

自组装杂化离子通道膜的构筑及阳离子传输机制

以3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和对甲氧基苯胺为原料合成了一种可以自组装形成有机-无机杂化材料的化合物--3-(脲基-4-甲氧基苯基)丙基三乙氧基硅烷. 采用FT-IR, ¹H NMR, DSC 和XRD 分析方法对该化合物的结构以及结晶性进行了表征. 将该化合物与聚乙烯醇(PVA)共混, 利用化合物的自组装性质构筑结构均一且致密无孔的离子通道杂化膜, 通过自制的膜运输实验装置测定膜对阳离子的传输性能并提出了相应的传输机制. SEM 照片显示, 自组装杂化膜致密无缺陷, 膜厚度为8 μm. 选择5 种阳离子进行运输实验测试, 结果表明, 自组装杂化离子通道膜对一价的碱金属离子Li⁺, Na⁺和K⁺有很好的传输功能, 这要归功于杂化材料中甲氧基苯基与碱金属阳离子形成的阳离子-π相互作用力. 碱金属阳离子在膜中的扩散过程可由溶解-扩散机制来解释, 结果显示, Li⁺, Na⁺和K⁺在杂化膜中传输的渗透率大小为: P_Na⁺ > P_K⁺ > P_Li⁺ , 说明本研究中的的自组装杂化离子通道膜对Na⁺有优先选择性. 杂化离子通道膜对二价的Ca²⁺和Mg²⁺没有传输作用, 此结果给一二价阳离子的分离带来很好的研究思路.     

明胶/Fe2S3纳米生物复合物形成反应的热力学及明胶构象变化

在pH=7.40条件下,采用一锅化学反应法制得水溶性明胶/Fe₂S₃纳米生物复合物,扫描电镜照片显示Fe₂S₃颗粒为棒状.根据吸光度与Fe₂S₃浓度关系,由Benesi-Hildebrand方程计算了不同温度下反应的形成常数K (293 K: 14.47×10² L·mol^-1; 297 K: 9.24×10² L·mol^-1; 309 K: 1.70×10² L·mol^-1)及对应温度下反应的热力学参数(Δ_rG_m = -17.88/-16.68/-13.09 kJ·mol^-1; Δ_rH_m = -105.57 kJ·mol^-1; Δ_rS_m = -299.28 J·K^-1·mol^-1),结果表明明胶/Fe₂S₃纳米生物复合物的形成反应是自发的放热过程,且为焓驱动.傅里叶变换红外光谱表明,Fe₂S₃主要与明胶大分子肽链中的酰胺键结合;对红外光谱进行去卷积拟合,结果表明:明胶蛋白质的 α-螺旋含量减少,β-折叠含量明显增加.结合紫外和红外光谱测试结果对复合物的形成机理作了初步的推测:首先Fe³⁺与明胶大分子中的酰胺键结合形成明胶/Fe³⁺复合物,然后S^2-与明胶/Fe³⁺中的Fe³⁺形成明胶/Fe₂S₃复合物.     

四芳基卟啉锰配离子的TCNQ电荷转移盐的合成和物理性质

合成了13个四芳基卟啉锰配离子的TCNQ电荷转移盐[TAPMn][TCNQ]_n(TAPH₂=α,β,γ,δ-四芳基卟啉;A=C₆H₅,4-CH₃C₆H₄,4-CH₃OC₆H₄,4-ClC₆H₄,3-ClC₆H₄,3-FC₆H₄,4-(CH₃)₂NC₆H₄,2,4-Cl₂C₆H₃;TCNQ=7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷;n=1,2).通过元素分析、IR、XPS、ESR、磁化率和电导率对其进行了表征.结果表明:这些电荷转移盐分子中存在TCNQ⁰和TCNQ^-,且TCNQ⁰和TCNQ^-之间存在相互作用,部分电荷从[TCNQ]_n^-向[TAPMn]⁺转移,导致化合物中的锰表现为混合价态.复合盐的室温电导率在10^-7～10^-10S·cm^-1,属于有机半导体,简单盐的室温电导率小于10^-11S·cm^-1.     

氢键酸度的量子化学参数表示

研究了137个化合物的总氢键酸度(∑A₂^H)与量子化学参数的相关性.对于含羟基或羧基化合物,∑A₂^H=-0.027⁷⁺3.826Q_H-0.0273E_LUMO-0.0654E_HOMO+3.085Q_O(n=70,r=0.982),其中Q_H表示羟基或羧基氢原子净电荷,E_LUMO表示最低未占据分子轨道能级,E_HOMO表示最高占据分子轨道能级,Q_O表示羟基或羧基中与氢原子连接的氧原子净电荷;对于含氨基化合物,∑A₂^H=-1.569+3.637Q_H-0.1235E_HOMO(n=49,r=0.985),其中Q_H表示氨基中较正氢原子的净电荷;对于含亚氨基化合物,∑A₂^H=-0.472+3.676Q_H(n=18,r=0.993),其中Q_H表示亚氨基氢原子的净电荷.     

醚溶液中烯烃硼氢化反应机理的理论模拟

在B₃LYP/6-31G^*水平上以二甲醚(Me₂O)模拟四氢呋喃(THF)对烯烃在THF溶液中硼氢化反应的机理进行了研究.计算结果发现,烯烃通过类似SN₂的交换过程从醚与BH₃构成的配合物获得BH₃结合成π配合物中间体,这一交换是整个硼氢化反应的决速步骤.     

过渡金属十一钨锆酸钾的合成及鉴定

缺位杂多阴离子XW₁₁O₃₉(X=Si,P,As,Ge)能与过渡金属阳离子M生成MXW₁₁O₃₉,在该混配杂多阴离子中,过渡金属原子占据缺位的八面体位置^[1].为深入了解其配位方式,我们合成并鉴定了未见报道的K_n[MZrW₁₁O₃₉(H₂O)]·xH₂O(M为第一过渡系金属).     

1-丁基-3-甲基咪唑碘对染料敏化太阳电池的影响

采用季铵化反应合成了1-丁基-3-甲基咪唑碘([Bmim]I).以此制备了DSCs用液体电解质.通过对比不同浓度的1-丁基-3-甲基咪唑碘、碘化钾、碘,研究其对电池性能的影响.经过优化后,当c_IL=0.9 mol·L^-1、c_KI=0.5 mol·L^-1、c_I2=0.12 mol·L^-1时,所组装的离子液体DSCs在AM1.5,100 mW·cm^-2下,DSCs的短路电流密度为15.97 mA·cm^-2、开路电压为0.71 V、填充因子为0.55、光电转换效率可达6.34%.     

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.     

酸性溶液中Fe2+ /Fe3+相互转换对电极还原行为的影响

采用线性扫描伏安法和循环伏安法研究了含有Cl^-、SO₄^2-的酸性溶液中Fe²⁺/Fe³⁺相互转换对电极反应和Fe³⁺还原过程的影响. 结果表明: [Fe]_T=1 mol·L-1条件下,溶液中Fe³⁺/Fe²⁺的还原析出过程经过两个阶段：(1) E=0.35 V左右Fe³⁺还原成Fe²⁺过程; (2) E=-0.3 V之后H+的还原同时Fe²⁺离子与OH^-相结合生产Fe(OH)₂; Fe³⁺/Fe²⁺的相互转化主要影响Fe³⁺的第一还原阶段的还原峰电流和峰电位. |ipa/ipc|值随c(Fe³⁺ )/c(Fe²⁺ )增大而增大,且扫描速度慢时影响大,扫描速度快时影响小; 0.50 mol·L^-1 Fe²⁺+0.50 mol·L^-1 Fe³⁺时,随扫描速率的变化|ipa/ipc|值变化最小(|i_pa/i_pc|≈1.20). 同时,c(Fe³⁺ )/c(Fe²⁺ )也影响平衡电位,平衡电位随c(Fe³⁺ )/c(Fe²⁺ )增大而正移,电位从E₁=0.501 V升至E₅=0.565 V.     

Pd2X2(dpm)2(X＝NCO-,CH3CO2-,SCN-,NO3-;dpm＝Ph2PCH2PPh2配合物与H2S反应的NMR研究

采用NMR方法考察了室温和低温(-78～60℃)下Pd₂X₂(dpm)₂(X=NCO^-,CH₃CO₂^-,SCN^-和NO₃^-,dpm=Ph₂PCH₂PPh₂)与H₂S在CD₂Cl₂或CDCl₃中的反应。结果表明,在X=NCO^-和CH₃CO₂^-的情况下,H₂S优先与这些Pd配合物的阴离子作用生成相应的共轭酸HX和Pd₂(SH)₂(dpm)₂,后者在H₂S存在下又进一步转化为Pd₂(SH)₂(dpm)₂(μ-S);当X=SCN^-和NO₃^-时,反应则生成结构可能为[Pd₂(H)(SH)(μ-SH)(dpm)₂]⁺的双核Pd配合物。