铀酰-Salophen配合物催化性能的量子化学研究

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不对称合成是近年来有机化学学科中一个极为重要且富有活力的研究领域,在结构和立体化学复杂的天然产物合成中得到越来越广泛的应用。以前获得手性产物的方法主要是拆分法,先获得产物,然后把产物拆分,这种方法十分复杂困难且效率低,意味着有一半的产品要损失掉,这造成了原材料和劳动力上的巨大浪费。目前,针对这一问题人们已得到解决之法:采用不对称合成,即选择一种手性诱导催化剂。铀及其化合物有着一些与其他元素及化合物不同的特殊分子识别与催化性能,近年来,利用铀化合物作催化剂已成为近年来的研究热点。本文运用Gaussian09量子化学计算软件,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,对几种铀酰-Salophen配合物进行了计算,并对得到的几何构型、电子结构、红外光谱、热力学性质和化学位移进行了讨论分析。还研究了铀酰-Salophen配合物与环己烯酮形成的络合物,得到了几种铀酰-Salophen配合物对环己烯酮的催化活性顺序。这些研究初步从理论上阐明了这三种配合物的结构,同时为实验研究方面提供参考依据,为深入研究铀酰-Salophen配合物结构与性能的关系打下基础。第一章主要简述了本课题研究的背景和意义。其中阐述了席夫碱及其配合物、不对称合成和铀及其配合物的相关情况,最后结合课题项目内容,提出了研究思路和内容。第二章主要简介了密度泛函理论的理论基础。首先从量子化学的发展揭示密度泛函理论产生的历史背景,然后简述了密度泛函理论的发展历程:Thomas-Fermi模型→Hohenberg-Kohn定理→Kohn-sham方程,并介绍了俩种常用的交换相关能量泛函:LDA泛函和GGA泛函,最后还简单介绍了Gaussian计算软件。第三章以由水杨醛、1-2苯二胺、水杨醛衍生物(3-苯水杨醛、)形成的四齿席夫碱配体Salophen与UO2+形成的铀酰-Salophen配合物为计算模型,运用Gaussian09量子化学计算软件,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G、6-31G**、6-311G**三种基组水平上,对三种配合物进行计算,并对得到的几何构型、电子结构、红外光谱、热力学性质和化学位移进行了讨论分析。结果表明:(1)三种铀酰-Salophen配合物在B3LYP/6-31G、6-31G**、6-311G**三种基组水平上计算得到的几何构型几乎完全相同,其结构均具有Cl对称性。(2)三种铀酰-Salophen配合物的催化活性的先后顺序为:配合物3>配合物2>配合物1,说明配合物3与亲核试剂的作用最强。(3)三种铀酰-Salophen配合物配合物中的U仍具有成键能力,如具有接受O:的孤对电子的能力,因而可以削弱O=C键,起到活化烯酮类分子的作用。三种配合物中U接受O:的孤对电子的能力的先后顺序为:配合物3>配合物2>配合物1。第四章以铀酰-Salophen配合物与环己烯酮形成的络合物为模型,运用Gaussian09量子化学计算软件,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/6-311g**方法,进行了计算研究。结果表明:(1)三种铀酰-Salophen配合物与环己烯酮络合后,整个分子的亲电指数降低,电负性降低。(2)三种铀酰-Salophen与环己烯酮配位后电荷分布变化明显,C=C与C=O之间的共轭效得到削弱。(3)三种铀酰-Salophen配合物对环己烯酮的活化作用在热力学上是可行的。三种铀酰-Salophen对环己烯酮活化的强弱顺序为:配合物3>配合物2>配合物1。第五章主要对本论文的研究内容作了一个总结,指出了本课题的研究意义,并对后续的工作作了展望。
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