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过渡金属席夫碱配合物的催化性能的量子化学研究

作　者: 吕存琴
导　师: 庞先勇
学　校: 太原理工大学
专　业: 物理化学
关键词: 过渡金属席夫碱配合物密度泛函计算催化协同效应
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 272次
引　用: 2次
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内容摘要

随着生物无机化学的发展，人们发现生物体内存在对调节生命活动有非常重要功能的氧载体，细胞色素生物单加氧酶P-450就是其中之一，它能够在温和条件下高选择性地传递氧分子或活化氧分子，其优异的催化性能来源于它包含的高活性过渡金属配合物。基于卟啉、席夫碱过渡金属配合物的模型体系能模仿单加氧酶P-450，人们对这些模型配合物进行了广泛研究。本文用Gaussian 03程序包中的密度泛函（DFT）理论和分子轨道（LCAO）理论对一系列的过渡金属席夫碱配合物进行了量子化学计算，研究了它们的几何构型、原子的净电荷布局分布、前线分子轨道的主要成分、轨道系数及轨道能量、振动频率，讨论了过渡金属席夫碱配合物对氧分子的催化活性顺序和配位体、金属离子对催化活性的影响；还研究了过渡金属席夫碱配合物与乙烯分子、氧分子形成的络合物，初步从热力学方面确定了这些配合物在催化不饱和分子的氧化过程中引发步骤。主要结论如下：（1）对配合物CoSalicyhexen的研究表明，该席夫碱配合物几乎是一个平面构型，并且对氧分子具有一定的催化活性。（2）对配体苯环上选用不同的取代基（Br，Cl，NO₂）形成的配合物（CoSalicyhexen、CoBrSalicyhexen、CoClSalicyhexen、CoNO₂Salicyhexen）进行研究表明，配体苯环上吸电子基团的取代提高了配合物对氧分子的催化活性，强弱顺序为：CoBrSalicyhexen＞CoClSalicyhexen＞CoNO₂Salicyhexen＞CoSalicyhexen。（3）对配体苯环上不同个数Br取代的配合物（COSalicyhexen、CoBrSalicyhexen、CoBr₂Salicyhexen）进行研究的结果表明，随着吸电子基个数的增多，配合物对氧分子的活化作用增强。（4）不同的胺类对同类水杨醛与其形成的配合物活化氧分子的性能有一定的影响。这三种配合物对氧分子的催化活性的强弱顺序为：CoSalphen＞CoSalen＞CoSalicyhexen。（5）对于配体相同，但金属离子不同的配合物（CoSalicyhexen、MnSalicyhexen、CuSalicyhexen），本文也进行了计算和讨论。结果表明，这三种配合物对氧分子的催化活性的强弱顺序为：MnSalicyhexen＞CuSalicyhexen＞CoSalicyhexen。（6）对双核配合物（Cu₂（3-COO）Salen、CuNi（3-COO）Salen）与单核配合物（Cu（3-COOH）Salen，Ni（3-COOH）Salen）的催化活性进行了比较。在所研究的配合物中，双核配合物比单核配合物对氧分子的催化活性高，这是由于双核配合物中两金属之间具有协同效应。而对于双核配合物，Cu₂（3-COO）Salen比CuNi（3-COO）Salen对氧分子的催化活性高。（7）对配合物CoSalicyhexen、CoBrSalicyhexen、CoBr₂Salicyhexen与乙烯、氧分子的络合作用进行了研究。结果表明：这三种配合物与乙烯、氧分子的作用在热力学上可行，它们对乙烯、氧分子活化的强弱顺序均为：CoBr₂Salicyhexen＞CoBrSalicyhexen＞CoSalicyhexen，并且由于配合物与乙烯形成络合物的Gibbs自由能变化小于与氧分子形成络合物的数值，可以推断乙烯、氧共存时，配合物将优先与乙烯结合。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章文献综述与选题  11-19
  1.1 前言  11-12
  1.2 当前过渡金属配合物量子化学研究常用计算方法  12-14
  1.3 过渡金属席夫碱配合物的研究现状  14-17
    1.3.1 过渡金属席夫碱配合物的结构  14-15
    1.3.2 过渡金属席夫碱配合物的研究现状  15-17
  1.4 选题的目的和意义  17-18
  1.5 本文的研究方法  18-19
第二章理论基础和计算方法  19-31
  2.1 分子轨道理论  19-23
    2.1.1 闭壳层分子的HFR方程  20-21
    2.1.2 开壳层分子的HFR方程  21-23
  2.2 密度泛函理论简介  23-31
    2.2.1 Thomas-Fermi模型  23-25
    2.2.2 Hohenberg-Kohn定理  25-27
    2.2.3 Kohn-Sham方法  27-28
    2.2.4 交换相关能泛函  28-31
第三章计算软件  31-33
  3.1 Gaussian 98  31-32
  3.2 Gaussian 03  32-33
第四章单核席夫碱配合物的量子化学研究  33-66
  4.1 双水杨醛缩环己二胺席夫碱钴配合物CoSalicyhexen的量子化学研究  33-38
    4.1.1 计算模型  33
    4.1.2 计算方法  33-34
    4.1.3 计算结果与讨论  34-38
    4.1.4 结论  38
  4.2 单取代水杨醛缩环己二胺类不对称席夫碱配合物 CoBrSalicyhexen、CoClSalicyhexen、CoNO_2Salicyhexen的量子化学研究  38-46
    4.2.1 计算模型  38-39
    4.2.2 计算方法  39
    4.2.3 计算结果与讨论  39-46
    4.2.4 结论  46
  4.3 双溴取代水杨醛缩环己二胺席夫碱配合物CoBr_2Salicyhexen的量子化学研究  46-52
    4.3.1 计算模型  46-47
    4.3.2 计算方法  47
    4.3.3 计算结果与讨论  47-51
    4.3.4 结论  51-52
  4.4 水杨醛缩二胺类席夫碱配合物 CoSalen、CoSalphen的量子化学研究  52-59
    4.4.1 计算模型  52
    4.4.2 计算方法  52-53
    4.4.3 计算结果与讨论  53-58
    4.4.4 结论  58-59
  4.5 双水杨醛缩环己二胺类席夫碱配合物 MnSalicyhexen、CuSalicyhexen的量子化学研究  59-65
    4.5.1 计算模型  59
    4.5.2 计算方法  59-60
    4.5.3 计算结果与讨论  60-65
    4.5.4 结论  65
  4.6 本章小结  65-66
第五章双核席夫碱配合物的量子化学研究  66-77
  5.1 计算模型  66-67
  5.2 计算方法  67
  5.3 计算结果与讨论  67-77
    5.3.1 几何构型  67-72
    5.3.2 原子的净电荷布局分析  72-74
    5.3.3 前线分子轨道能量  74
    5.3.4 振动频率分析  74-76
    5.3.5 结论  76-77
第六章过渡金属席夫碱配合物络合催化活性的量子化学研究  77-82
  6.1 席夫碱配合物对烯烃的活化  77-79
    6.1.1 计算模型  77-78
    6.1.2 计算方法  78
    6.1.3 计算结果与讨论  78-79
  6.2 席夫碱配合物对氧分子的活化  79-81
    6.2.1 计算模型  79-80
    6.2.2 计算方法  80
    6.2.3 计算结果与讨论  80-81
  6.3 比较分析  81
  6.4 本章小结  81-82
第七章结论与建议  82-84
  7.1 论文总结  82-83
  7.2 后续工作展望  83-84
参考文献  84-90
致谢  90-91
硕士期间发表论文  91

过渡金属席夫碱配合物的催化性能的量子化学研究

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