六元卟啉Hexaphyrin(1.1.1.1.1.1)的Pd(Ⅱ)金属配合物光电性质的理论研究

通过密度泛函和含时密度泛函方法对六元卟啉的钯金属配合物进行了系统的研究,探讨了几种金属配合物光学性质的变化.对于具有26π电子体系3个单金属配合物在Q带的最大吸收峰顺序为λmax(D26Pd)>λmax(R26Pd)>λmax(M28Pd),这同它们的ΔEH-L成反比.其中D26Pd和M28Pd的跃迁来自于π→π*的ILCT的跃迁,而R26Pd有部分金属d轨道参与到跃迁,跃迁性质为ILCT/MLCT.它们的B带的强吸收峰同自由状态下的配体的吸收光谱比较,配合物的吸收峰发生了约20nm左右的蓝移,吸收主要贡献都是来自于d(metal)→π*的MLCT的跃迁.非芳香性配合物M28Pd2α的跃迁性质则不同,无论是Q带还是B带都没有发现金属的参与,而且吸收强度明显降低.     

洛汾碱衍生物的电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法,对4种洛汾碱类化合物的几何构型进行了优化,在此基础上计算分子的电子结构,并结合有限场FF方法研究了二阶非线性光学(NLO)性质.用含时密度泛函理论(TD-DFT)对上述化合物分子进行吸收光谱的研究.研究表明在4,5-二-苯基-2-对甲酰苯基咪唑生色团中4,5苯环上引入硝基和3位N原子引入苄基改变分子的共轭平面,使二阶非线性极化率总有效值(βtot)减小,吸收峰总体蓝移.同时还发现,在CH2Cl2溶剂中a和c分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO的π一π*跃迁,b和d分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO+2的π→π*跃迁.     

两种4-氨基安替比林席夫碱-Pt(Ⅱ)配合物电子光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT),在PBE0/6-31+G(d)-LANL2DZ水平下,对两种含有不同取代基的4-氨基安替比林席夫碱-Pt(Ⅱ)配合物A和B的几何构型、前线分子轨道及其分布特征进行理论计算.在优化构型的基础上,用含时密度泛函理论(TD-DFT)在相同水平下对上述配合物进行电子吸收光谱研究.计算还考虑了二氯甲烷溶剂对电子结构和光谱性质的影响.结果表明,配合物A和B的最强吸收波长分别来自于HOMO→LUMO和HOMO-5→LUMO的跃迁,以上跃迁存在明显的分子内电荷转移的特征.此外,在4-氨基安替比林配体上引入强的给电子基团-N(CH3)2,配合物A的最大吸收波长相对于配合物B发生了红移现象.     

氮混杂金属卟啉吸收光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31+G(d)水平上研究了4种金属Mg, Ni, Cu, Zn配位的自由卟啉(FBP)及氮混杂卟啉(NECP)的几何结构及分子轨道能级. 采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了金属与2种卟啉配位后在气体条件下的电子吸收光谱, 包括激发能、 吸收波长、 跃迁组成和振子强度.计算结果表明, 与金属配位的FBP(M-FBP)具有D_4h对称性, 分子轨道能级HOMO/HOMO-1和LUMO/LUMO+1因能级相近发生简并, HOMO-LUMO轨道能级差大约3.0 eV, 在Soret带出现较强吸收峰.由于C/N原子位置的改变, 非对称性结构的M-NECP前线轨道组成发生改变, 轨道能级差(HOMO-LUMO)减小至2.6 eV左右, 且能级发生分裂, Soret带出现多个电子吸收谱峰, Q带也出现吸收峰. 本文研究了水、 氯仿和苯3种不同极性溶剂对M-FBP和M-NECP的分子轨道及电子吸收光谱的影响, 结果表明, 随溶剂极性减弱金属配合物的电子吸收光谱发生红移, 并且吸收峰强度增强.     

一类新型苯基吡唑铱(Ⅲ)配合物的电子结构及光谱性质

为了探索新型苯基吡唑铱(Ⅲ)配合物的电子结构与光谱性质之间的关系,采用密度泛函理论(DFT)优化了铱金属配合物(ppz)2Ir(BTZ)(1)和(ppz)2Ir(4-TfmBTZ)(2)的基态与激发态的几何结构.通过含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了配合物的吸收和发射谱,指认了它们的跃迁性质.和Ir(ppz)3相比,通过引入新的辅助配体并对其修饰实现了发光颜色的调节.配合物1和2的最低能磷光发射可指认为3MLCT/3LLCT/3ILCT[π*(R-BTZ)→d(Ir)+π(ppz)+π(R-BTZ)]的电荷混合跃迁.此外,它们的磷光发射和吸收有相似的跃迁性质.MLCT主要发生在Ir(R-BTZ)片段而不是Ir(ppz)2片段.第二配体在此配合物的发光过程中起了主要作用.     

联吡啶钌配合物[Ru(Htcterpy)X3]3-[X=NCS,CN,Cl]的电子结构和光谱性质的理论研究

利用DFT中的B3LYP方法优化了3个联吡啶钌配合物[Ru(Htcterpy)X3]3-[tcterpy=4,4',4"-tricarboxy-2,2'∶6',2"-terpyridine, X=NCS(1), CN(2), Cl(3)]的基态几何结构, 得到的几何参数与实验结果吻合得很好. 采用TD-DFT方法, 得到了配合物1~3在气态和溶液(乙醇溶液和水溶液)中的激发态电子结构和电子吸收光谱. 利用SCRF方法中的CPCM模型来模拟溶剂化效应. 研究结果表明, 配合物1~3在气态和溶液中的吸收跃迁性质相似, 低能吸收均被指认为MLCT和LLCT的混合跃迁, 高能吸收均被指认为三联吡啶配体内的π→π*跃迁. 溶剂化效应使配合物1~3在溶液中的吸收光谱蓝移.     

六元扩展卟啉的Zn2+,Cd2+,Hg2+单金属配合物的光电性质的理论研究

通过定域密度矩阵方法和含时密度泛函方法研究了六元扩展卟啉及其Zn,Cd和Hg单金属配合物的光电性质.通过计算得到扩展卟啉HP同金属Zn2+,Cd2+和Hg2+发生配位时,分子趋于平面化.配合物在Q带有弱得吸收峰,它们随着中心金属的原子序数的增加产生了红移.在B带有强吸收峰,其特征峰主要来自于中心金属离子的d轨道和同金属配位的C原子所处的吡咯环以及吡咯环两侧的meso-C原子上的苯基的参与.对于扩展卟啉极其配合物,定域密度矩阵方法也可以很好的预测光谱和电子跃迁性质.     

8-羟基喹啉银(铂)金属配合物电子光谱与非线性光学性质

运用密度泛函理论B3LYP方法对8-羟基喹啉(银、铂)(AgQ、PtQ₂)金属配合物及其衍生物的非线性光学性质进行理论计算研究. 结果表明: 引入取代基使铂配合物的最强吸收波长产生较大红移. 最低能量跃迁吸收来自最高占据分子轨道(HOMO)到最低空分子轨道(LUMO)的d→π^*和π→π^*跃迁, 属于金属配体电荷转移(MLCT)与配体配体电荷转移(LLCT). 金属银和铂掺杂8-羟基喹啉使其三阶非线性光学系数γ值明显增大, 并且在配合物上引入―Ph, ―PhOCH₃, ―PhF₂, ―PhF₅基团将进一步增大γ值. 引入基团的供电子性越强, γ值增大的幅度越大, 引入基团的吸电子性越强, γ值增大的幅度越小.     

α-取代苯并噻吩钌乙炔及钌乙烯配合物的合成、表征、电化学及光谱电化学性质

以α-取代苯并噻吩乙炔及乙烯基为配体,与不同辅助配体键合的金属钌为氧化还原活性端基,分别合成并表征了α-取代苯并噻吩钌乙炔及钌乙烯配合物1和2,两个配合物均经X射线单晶衍射的确证。电化学性质表明配合物1具有较好的氧化还原可逆性,金属氧化态相对于2比较稳定。红外光谱电化学研究表明配合物1和2分别形成1~+和2~+后,与金属相连的ν(C≡C)和ν(C≡O)伸缩振动吸收均发生变化,其中ν(C≡C)变化较大,可能由于形成了Ru=C=C结构;紫外可见近红外光谱电化学研究发现电解后,中性分子1和2在紫外区域的强吸收峰均逐渐降低,1~+分别在可见及近红外580 nm,698 nm及874 nm处出现较弱的3个吸收峰,3个吸收峰可能归属于LMCT吸收。2~+在296 nm处出现1个很弱的吸收峰,这不同于配合物1~+,可能源于2~+的稳定性。     

DFT法研究阴离子识别剂[Ru（bpy）2L]2+（L=H2biim,H2bbim）去质子后结构变化

配合物[Ru(bpy)2(H2biim)](PF6)2(1)(bpy=2,2′-联吡啶,H2biim=2,2′-联咪唑)和[Ru(bpy)2(H2bbim)](PF6)2(4)(H2bbim=2,2′-苯并联咪唑)是良好的阴离子识别剂.用密度泛函理论方法研究了2种阴离子识别剂脱去质子后的几何结构和电子结构的变化.计算结果表明:脱去质子后配合物HOMO轨道上电子云分布由中心钌原子转移到(苯并)联咪唑上,而LUMO轨道虽然能量增加但电子云仍然分布在bpy配体上;另外,最高占居轨道HOMO与最低空轨道LUMO的能量差ΔεL-H逐渐减小,相对于配合物的吸收波长增大,所以分子的吸收峰发生红移,这与实验现象相吻合。     

金属串配合物[MM′M″(dpa)4(Cl)2](M=Co,Ni;M′,M″=Co,Rh)电子输运的理论研究

采用密度泛函理论DFT/BP86方法研究金属串配合物[MM'M″(dpa)₄(Cl)₂] [MM'M″=CoCoCo(1), CoCoRh(2), CoRhRh(3), NiCoRh(4)] 的结构和电子输运性质. 结果表明, 配合物1, 2和4的最稳定自旋态均存在1个(MM'M″)⁶⁺的离域$\sigma_{3}^{3}$键($\sigma^{2}\sigma_{nb}^{1}\sigma^{*0}$); 但配合物3具有1个(MM'M″)⁶⁺的离域$\sigma_{3}^{4}$键($\sigma^{2}\sigma_{nb}^{2}\sigma^{*0}$)和2个$\pi_{3}^{5}$键($\pi^{4}\pi_{nb}^{4}\pi^{*2}$), 故Rh—Rh键和Co—Rh键较强; Rh的引入使M—M键增强, Ni的引入则使M—M键减弱, 键强次序为Rh—Rh>Co—Rh>Co—Co>Ni—Co. 配合物14的传输通道均含有π和σ型轨道. 正偏压下, 配合物2和3的电流大于配合物1和4的. 负偏压下, 配合物4中出现负微分电阻效应. 配合物3中形成传输通道的σ_nbα/β和π^*α/β轨道能级分裂明显, (MM'M″)⁶⁺对β自旋的π^*轨道的贡献(88%)比α自旋(74%)的大, 使β自旋的电子更易传输, 具有较好的自旋过滤效应(70%80%).     

1,10-邻菲啰啉衍生物钌配合物的合成、 表征及与DNA和BSA的相互作用

通过2-(4-吡啶)-咪唑[4,5-f]-1,10-邻菲啰啉(L₁)与[Ru(η⁶-cymene)(μ-Cl)Cl]₂反应合成了3种新型芳基钌配合物, 并利用新配体2-(4-咪唑基苯基)咪唑[4,5-f]-1,10-邻菲啰啉(L₂)与RuCl₃反应合成了配合物4. 利用核磁共振波谱、 质谱等对配合物进行了表征. 通过紫外光谱和圆二色谱研究了配合物在缓冲溶液中的稳定性及与CT-DNA的相互作用, 利用荧光光谱研究了配合物与牛血清蛋白的作用, 用乌氏黏度计测试了配合物对DNA黏度的影响, 并通过荧光光谱、 凝胶电泳研究了配合物4在不同pH条件下的荧光响应及与pBR322 DNA的作用. 结果表明, 配合物通过嵌入的方式与DNA作用, 并对DNA的二级结构产生影响; 配合物1~4均可与牛血清蛋白的一个位点发生相互作用并使其发生静态荧光猝灭. 配合物4在光照条件下有活性氧生成, 可以使pBR322 DNA断裂并在酸性溶液中荧光增强.     

卟啉-碳硼烷-硼亚甲基二吡咯三元化合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对卟啉-碳硼烷-硼亚甲基二吡咯(BODIPY)三元化合物的几何结构、 吸收光谱及二阶非线性光学(NLO)特性进行计算分析. 结果表明, V型化合物的静态第一超极化率(β_tot)大于相应直线型化合物, 且延长共轭链可提高体系的β_tot. 分析体系的电子密度差分图得出, 化合物氧化还原态的电荷转移方式与本征态相比发生了改变, 从而使其二阶NLO性质发生明显变化. 含频第一超极化率计算结果表明, 在一定范围内频率对化合物有较小的色散效应. 因此, 通过延长二维化合物的共轭链及氧化还原反应, 可以有效调控其二阶NLO响应.     

双核茂金属催化剂的合成、表征与应用

使用桥连配体锂盐与MCl₄络合, 合成了4个不同结构的双核茂金属化合物[μ,μ-(CH₂)₃]{[C(H)·(η⁵-C₅H₄)(η⁵-C₁₃H₈)](MCl₂)}₂[M=Zr or Ti](4, 5)和[μ,μ-(CH₂)₃]{[C(H)(η⁵-C₅H₄)(η⁵-C₉H₆)]·(MCl₂)}₂[M=Zr or Ti](6, 7), 配体和化合物都经过核磁氢谱(¹H NMR)、 碳谱(¹³C NMR)、 红外光谱(IR)及元素分析等表征, 确认了化学结构. 以甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂, 化合物4~7为催化剂催化丙烯聚合, 考察了聚合温度、 乙烯压力、 铝钛或铝锆比对催化剂活性及聚合物分子量的影响. 结果表明, 多亚甲基桥连双核茂金属是高活性乙烯和丙烯聚合催化剂, 乙烯聚合活性最高达到7.5× 10⁶ g PE/(mol Zr·h)(化合物6), 丙烯聚合活性达 10 × 10⁵ g sPP/(mol Zr·h)(化合物4). 所得间规聚丙烯(sPP)的间规度指数(SI, r) 达到90%. 在同样条件下, 双核化合物的催化活性、 聚合物分子量M_w(> 100000)以及分子量分布(MWD>2.5)均比相应的单核化合物高(M_w<70000, MWD≤2), 表明该体系中存在较强的核效应.     

Multiple ligand transfer reaction between [CpRu(L)(AN)2][PF6] (L=AN, CO, P(OMe)3; AN=acetonitrile) and CpFe(CO)L′X (L′=CO, PMe3, PMe2Ph, PMePh2, PPh3, P(OPh)3; X=Cl, Br, I)

Treatment of ruthenium complexes [CpRu(AN)₃][PF₆] (1a) (AN=acetonitrile) with iron complexes CpFe(CO)₂X (2a–2c) (X=Cl, Br, I) and CpFe(CO)L′X (6a–6g) (L′=PMe₃, PMe₂Ph, PMePh₂, PPh₃, P(OPh)₃; X=Cl, Br, I) in refluxing CH₂Cl₂ for 3 h results in a triple ligand transfer reaction from iron to ruthenium to give stable ruthenium complexes CpRu(CO)₂X (3a–3c) (X=Cl, Br, I) and CpRu(CO)L′X (7a–7g) (L′=PMe₃, PMe₂Ph, PMePh₂, PPh₃, P(OPh)₃; X=Br, I), respectively. Similar reaction of [CpRu(L)(AN)₂][PF₆] (1b: L=CO, 1c: P(OMe)₃) causes double ligand transfer to yield complexes 3a–3c and 7a–7h. Halide on iron, CO on iron or ruthenium, and two acetonitrile ligands on ruthenium are essential for the present ligand transfer reaction. The dinuclear ruthenium complex 11a [CpRu(CO)(μ-I)]₂ was isolated from the reaction of 1a with 6a at 0°C. Complex 11a slowly decomposes in CH₂Cl₂ at room temperature to give 3a, and transforms into 7a by the reaction with PMe₃.     

Computational study of hydrogen bonding interaction between formamide and nitrosyl hydride

The hydrogen bonding interaction of formamide–nitrosyl hydride complex has been investigated using density functional theory (DFT) and ab initio method. The natural bond orbital (NBO) analysis and atom in molecules (AIM) theory were applied to understand the nature of the interaction. Two stable geometries are found on the potential energy surface, a six-membered cyclic structure of complex A and a seven-membered cyclic structure of complex B, characterized by AIM analysis. Complex A is less stable than complex B. It is confirmed that there are contractions of CH (compared with the monomer HCONH₂), NH bonds (compared with the monomer HNO) and the corresponding stretching vibrational frequencies are blue-shifted, while there is an elongation of the NH bond and the corresponding stretching vibrational frequency is red-shifted, relative to those of the monomer HCONH₂. From NBO analysis, it is evident that the electron densities in the σ^* (CH) and σ^*(NH) of the complex A are less than those of the monomers HCONH₂ and HNO, which strengthen CH and NH bonds. Furthermore, the increases in s-characters of X also strengthen XH bonds.     

Geometry and tautomerism of sapphyrin—DFT studies

The structure and total energy have been investigated, applying the density functional theory (DFT), for idealized sapphyrin derivatives, created by replacements of meso-phenyl groups of 5,10,15,20-tetraphenylsapphyrin or β-alkyl groups of decaalkylsapphyrin with hydrogens or two methyl groups, respectively. The following species have been considered: the dication of plain sapphyrin (SapH₅²⁺) 12,13-dimethylsapphyrin (12,13-DMSapH₃), 12,13-dimethylsapphyrin dication (12,13-DMSapH₅²⁺), and the 10,15-dimethylsapphyrin dication (10,15-DMSapH₅²⁺). To address the issue of tautomerization the calculations have been carried out for the six feasible distribution patterns of NH protons among the five nitrogen centers of the planar sapphyrin P0_i (i=1–6). The B3LYP/6-31G optimized bond lengths and angles of sapphyrin or (dimethylated sapphyrin) skeletons are in satisfactory agreement with X-ray crystallographic values determined for decaalkylsapphyrin dications. The calculated total energies, using the B3LYP/6-31G**//3-21G approach demonstrate that the plain sapphyrin and 12,13-dimethylsapphyrin dications favor the planar geometry of the macrocycle. Localization of the methyl groups at the 10,15-meso positions of sapphyrin reversed the order of stability leading to the energy preference for the inverted structure. Thus, this steric factor related to the meso substitution seems to be instrumental in the C pyrrolic ring inversion. The DFT calculation also provided the relative stability frame for the complex tautomeric equilibria of SapH₃ which involve six different forms. Their relative stability decreases in the range: {25-NH, 26-N, 27-NH, 28-NH, 29-N} P0₃>({25-NH, 26-N, 27-NH, 28-N, 29-NH} P0₁>{25-NH, 26-NH, 27-N, 28-NH, 29-N} P0₅>{25-N, 26-NH, 27-NH, 28-NH, 29-N} P0₂>{25-NH, 26-N, 27-N, 28-NH, 29-NH} P0₆>{25-N, 26-N, 27-NH, 28-NH, 29-NH} P0₄. The stability order can be qualitatively related to the number and the nature of the cis NH interactions present in the sapphyrin core.     

DFT and TD-DFT investigation of the ground and excited states for dinuclear and mononuclear copper(I) and silver(I) complexes of 3,5-bis(trifluoromethyl)pyrazole and related bis(pyrazolyl)borate

The ground-state and low-lying excited electronic states in mononuclear, {H₂B[3,5-(CF₃)₂Pz]₂M(2,4,6-Cn)} (M₁) and dinuclear {[3,5-(CF₃)₂Pz]M(2,4,6-Cn)}₂, (M₂) (Pz = pyrazole, Cn = collidine and M = Cu, Ag), are studied using DFT approach. Electronic properties are calculated using B3LYP, while excited singlet and triplet-states are examined using TD-B3LYP. All the calculated low-lying transitions are categorized as ¹MLCT transitions. A good agreement was found between experimental spectra and predicted emission wavelengths (λ_em), the corresponding emissive states being assigned as ³MLCT for Cu₁ and Ag₂, ³MLLCT for Ag₁ and ³LLCT for Cu₂.     

[M(N)X2]-(M=Ru, Os; X=S2C6H4, mnt)的电子结构和光谱性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法优化了氮化钌和氮化锇配合物[M(N)X2]-[M=Ru, Os; X=S2C6H4, mnt(maleonitriledithiolate)]的基态几何结构, 得到的几何参数与实验结果吻合得很好. 采用TD-DFT方法, 得到了配合物在CH3CN溶液中的激发态电子结构和电子吸收光谱. 利用SCRF方法中的CPCM模型来模拟溶剂化效应. 研究结果表明, 配合物1~4在CH3CN溶液中的吸收跃迁性质相似, 低能吸收均被指认为LMCT和LLCT的混合跃迁, 高能吸收均被指认为ILCT/LLCT跃迁.     

Organometallic complexes for nonlinear optics: Part 31. Cubic hyperpolarizabilities of ferrocenyl-linked gold and ruthenium complexes

The complexes [Fe{η-C₅H₄---(E)---CH=CH---4-C₆H₄CCX}₂] [X=SiMe₃ (1), H (2), Au(PCy₃) (3), Au(PPh₃) (4), Au(PMe₃) (5), RuCl(dppm)₂ (7), RuCl(dppe)₂ (8)] and [Fe{η-C₅H₄---(E)---CH=CH---4-C₆H₄CH=CRuCl(dppm)₂}₂](PF₆)₂ (6) have been prepared and the identities of 1 and 7 confirmed by single-crystal X-ray structural studies. Complexes 1–8 exhibit reversible oxidation waves in their cyclic voltammograms attributed to the Fe^II/III couple of the ferrocenyl groups, 6–8 also showing reversible (7, 8) or non-reversible (6) processes attributed to Ru-centered oxidation. Cubic nonlinearities at 800 nm by the Z-scan method are low for 1–5; in contrast, complexes 6 and 7 exhibit large negative γ_real and large γ_imag values. A factor of 4 difference in γ and two-photon absorption cross-section σ₂ values for 6 and 7 suggest that they have potential as protically switchable NLO materials.