二苯并-14—冠-4及其金属络合物结构的理论计算及实验研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:fslihua
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锂及其化合物应用越来越广泛,而在中国,从盐湖卤水提锂一直是一大难题,因为在中国的大多数盐湖卤水中镁锂比相当高,而具有对角线相似性的锂镁离子很难分离。冠醚是一种被广泛研究的人工合成的环状多齿配体,其分子具有疏水性的外部骨架,又有亲水性内腔,可分别通过偶极-离子作用和氢键作用络合阳离子和中性分子。由于冠醚对阳离子有特殊的络合性能和配位选择性,因此在离子分离方面具有重要的应用价值。结构决定性能,冠醚特殊的构型特征与其和金属离子络合的稳定性及选择性有着密切的关系。本文以邻苯二酚,1,3-二溴丙烷为原料,对二苯并-14-冠-4的合成进行了优化,尝试以超声波辐射法来合成二苯并-14-冠-4,并用合成的二苯并-14-冠-4进行络合实验。并借助高斯软件对二苯并-14-冠-4及其锂镁络合物,采用B3LYP泛函方案,在6-31G基组水平上进行DFT计算,对二苯并-14-冠-4进行结构优化和频率分析,且与实验值进行比较。结果表明,在使用异戊醇/二甲基亚砜的混合液作为溶剂,分步加料比为1/4,1/3时,邻苯二酚相对1,3-二溴丙烷远远过量,有利于所需中间体的生成。加料的时间越长,反应浓度相对较低,有利于反应,所以产率相对较高(产率39%,文献值27%)。在超声波法合成时,仅用二甲亚砜作溶剂,在温度为80℃时,反应速度较快(2h),产率也较好(产率40.3%)。不同的纯化方法对产率的影响也较大(产率从28.2%到40.3%)。采用氯仿、丙酮、甲醇对Li+,Na+,Mg2+进行的竞争性迁移实验,在不同的溶剂中,选择性不同,迁移率也存在差异,在氯仿中,锂的迁移率最高(14.8%),对锂的选择性也较高(选择率Li+/Na+为164.45,Li+/Mg2+为2.78)。二苯并-14-冠-4能与LiOH、LiSCN作用形成晶体,对晶体作晶体衍射,得到了络合物的一些结构参数。优化结构计算得到二苯并-14-冠-4的三种稳定构型,所进行的频率分析均得到正值,最强相对红外强度分别出现在频率为1241cm-1,1219cm-1,1233cm-1处。并且与实验所得出的红外光谱图进行了比对,在常规合成法的产品谱图中,最强强度在1249cm-1,在超声波辐射合成法的产品谱图中,最强强度在1230cm-1处。二苯并-14-冠-4与锂镁的络合物的优化稳定构型中,所有的络合后构型与络合前相比都产生了明显变化,GM2与镁络合的能量最小,但镁离子未进入冠醚的孔穴之内,位于氢原子的上方。理论值与实验值之间有较好的一致性,表明能够用Gaussian98理论来对二苯并-14-冠-4进行合理的预测。
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