正电性氢(Hδ+)与负电性氢(Hδ-)作用规律研究

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随着科技进步、经济发展和人类生活水平的提高,化石能源过度消耗,全球范围内都面临着愈加严重的能源危机和环境问题。因此,探索具有清洁、无污染、能效高等优点并且可以替代化石能源的新型能源材料就显得格外重要。氢气具有储量丰富、燃烧产物清洁、能量密度高等优点,可以为燃料电池等动力系统提供高效稳定的能量来源,成为关注热点。然而氢气的安全高效存储、实现释氢过程完全可控等问题尚未完全解决,氢气的实际应用受到一定限制,探索具有高体积、高质量储氢密度的储氢材料具有重要的实际意义。B-N-H类化合物具有较高的含氢量、适当的稳定性、理想的释氢温度、一定的可逆再生功能,成为具有巨大潜力的化学储氢材料。自硼烷化学之父Alfred Stock在硼化学领域做出了开创性的工作以来,硼烷化合物就一直在化学领域发挥着重要作用。硼烷是一类很好的还原试剂,在有机合成方面具有重要的实际应用价值,在有机反应中还原碳氮、碳碳、碳氧等不饱和键。部分硼烷具有高的含氢量,或者通过与其他物质的作用放出较多的氢气,作为潜在的储氢材料也受到越来越多的关注。在充分调研了相关文献后,了解了近些年来传统和新型储氢材料的发展状况,回顾了酸碱理论,总结了酸碱中和反应的实际意义。正氢(Hδ+)负氢(Hδ-)结合成为氢分子的反应属于广义上的酸碱中和反应,而质子供体(HX, X=F、O、N)上的正电性氢(Hδ+)和接受质子化合物上的负电性氢(Hδ-)结合生成氢气是一种释放氢气的有效途径,两者之间存在的特殊静电吸引作用叫做双氢键。双氢键对物质的物理性质、结构、形成机理的都有十分重要的影响,尤其体现在胺硼烷化学中。双氢键强弱的影响因素和双氢键在分子结构、化学反应性等方面的应用,特别是双氢键可以诱导氢气生成反应和该反应在合成化学中的应用还没有引起学术界的充分重视。最后详细阐述了氨硼烷的结构、应用以及化学反应,并介绍了其它几种常见硼烷路易斯酸碱加合物(N,N-二甲基苯胺硼烷、二甲基硫醚硼烷、四氢呋喃硼烷)所参与的化学反应以及在药物合成中的具体应用。本硕士论文基于课题组对硼化学、储氢材料、双氢键的前期研究工作,从存在于正电性氢和负电性氢之间的相互作用出发,选用了近四十种提供正电性氢的质子酸(如醇类、酚类、糖类等),通过与提供负电性氢的路易斯酸碱加合物(不同路易斯碱性的硼烷,包括氨硼烷、N,N二甲基苯胺硼烷、二甲基硫醚硼烷、四氢呋喃硼烷)相互作用,通过观察对比实验现象,分析总结温度、溶剂等因素对反应规律的影响,初步探究了正电性氢和负电性氢的反应规律。实验结果表明,氨硼烷几乎不能与弱的质子酸作用,与含较活泼质子氢的化合物才发生缓慢作用,而其它几种硼烷可以与弱的质子酸可以发生不同程度的作用,正氢负氢结合放出氢气,且随着硼烷活性的增强,反应更彻底,说明路易斯酸碱加合物中路易斯碱的碱性越强,与硼相连的负氢越稳定,与电正性氢反应的活性越低。此外,我们初步探究了新的硼烷——对苯二胺硼烷的合成,并发现了一种含硼聚合物,对其结构做了初步表征。
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