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近年来,[FeFe]氢化酶活性中心的结构与功能模拟业已成为金属有机化学研究领域的一个热点,该前沿研究不仅有助于人们深入理解[FeFe]氢化酶活性中心的结构和催化机理,更有助于高效廉价产氢催化剂的合成,这将为缓解人类日益短缺的能源和环境污染问题做出突出贡献。鉴于此,本论文开展了新型[FeFe]氢化酶活性中心模型物的合成、结构及功能研究工作,并取得了如下创新成果:
1.本论文共合成了14个新唯铁氢化酶活性中心模型物。它们均经过了元素分析、IR、1H-NMR、31P-NMR和13C-NMR表征,并用X-射线衍射技术测定了其中8个模型物的单晶结构。此外,本论文还研究了部分模型物的电化学性质。
2.第二章中,首次通过Dess-Martin氧化、swern氧化和Corey-Kim氧化等人名反应合成了桥头为羰基的[2Fe2Se]模型物[(μ-SeCH2)2CO]Fe2(CO)6,并改进了桥头为羰基[2Fe2S]模型物[(μ-SCH2)2CO]Fe2(CO)6的合成。
3.第二章中,对母体模型物[(μ-SeCH2)2CO]Fe2(CO)6和[(μ-SCH2)2CO]Fe2(CO)6进行了一系列衍生化反应,用PPh3、叔丁基异腈、氮杂卡宾等配体分别取代母体模型物[(μ-SeCH2)2CO]Fe2(CO)6和[(μ-SCH2)2CO]Fe2(CO)6的羰基,合成了模型物[(μ-XCH2)2CO]Fe2(CO)5PPh3(1和5)、[(μ-XCH2)2CO]Fe2(CO)5CN-But(2和6)、[(μ-XCH2)2CO]Fe2(CO)4(CN-But)2(3和7)和[(μ-XCH2)2CO]Fe2(CO)5IMes(IMes=1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)咪唑-2-卡宾)(4和8)(X=S,Se),并测定了母体模型物[(μ-SeCH2)2CO]Fe2(CO)6、1、3、5和7的单晶结构。
4.第三章中,首次利用膦配体取代的模型物[(μ-SCH2)2CH2]Fe2(CO)5PPh2(CH2C≡C-H)(1)和苄基叠氮(PhCH2-N3)发生Huigsen1,3-dipolar cycloaddition(click reaction),合成了膦配体中含1,2,3-二氮唑五元杂环的模型物[(μ-SCH2)2CH2]Fe2(CO)5PPh2(CH2-Tri-C7H7)(2)(Tri代表1,2,3-三氮唑五元杂环),同样首次利用1与ZnTPP-N3发生click反应合成含1,2,3-三氮唑杂环和金属卟啉大环的光驱动型[FeFe]氢化酶模型物5-[(μ-SCH2)2CH2]Fe2(CO)5PPh2[CH2-Tri-(C6H4-p)]},10,15,20-Triphenyl-Zincporphyrin(3),并测定了模型物1和2的单晶结构。
5.第四章中,首次利用模型物1和ZnTPP-Ⅰ发生Sonogashira反应合成了膦配体中含碳碳三键及金属卟啉大环的光驱动型[FeFe]氢化酶模型物5-{[(μ-SCH2)2CH2]Fe2(CO)5PPh2[CH2-C2H2-(C6H4-p)]},10,15,20-Triphenyl-Zinc porphyrin(4),并详细探讨了模型物3和4的光催化制氢能力。