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本论文利用滴定量热、电化学等实验技术研究了16种取代的5-喹啉酮XH释放负氢离子、氢原子和电子的热力学驱动力及其自由基正离子XH+˙释放氢原子、质子和电子的热力学驱动力。并利用滴定量热结合紫外可见光谱,研究了乙腈溶液中5-喹啉酮XH的负氢转移反应。本论文的主要研究成果包括如下两个方面:
(1)用实验的方法测定了16种取代的5-喹啉酮在乙腈溶液中释放负氢离子、氢原子和电子的热力学驱动力(在这里定义为焓变或氧化还原电位),以及5-喹啉酮的自由基正离子XH+˙在乙腈中释放氢原子、质子和电子的热力学驱动力。同时用Hammett取代基常数(σ)考察了取代基对5-喹啉酮XH在乙腈中的热力学驱动力的影响,结果表明其热力学驱动力的值和Hammett取代基常数都有很好的线性关系,这说明对5-喹啉酮及其各种反应中间体在对位或邻位有取代基时,它们的全部热力学驱动力都可通过Hammett取代基常数(σ)准确简便地估算出来。同时通过线性相关的斜率值确定了相对有效电荷的分布,这些相对有效电荷分布能有效地用来评估5-喹啉酮各种相关的反应中间体的亲电性、亲核性以及二聚的能力等,并建立了5-喹啉酮的热力学特征图。通过热力学特征图,就可以量度5-喹啉酮及其反应中间体的化学热力学性质,从而建立相应的热力学分析平台,用以预测和分析反应产物和反应机理等。
(2)测定了乙腈中5-喹啉酮XH与9-PhXn+C1O4-的负氢转移的反应动力学速率,并计算出相关的活化参数。通过热力学的化学特征图,分析了在乙腈中,5-喹啉酮XH与9-PhXn+C1O4-的负氢转移反应的各种可能反应途径的基元反应能量,从热力学得出从5-喹啉酮XH到9-PhXn+C1O4-的负氢转移倾向于一步负氢转移机理,并通过获得的5-喹啉酮XH与9-PhXn+C1O4-的动力学数据,从动力学上,得出从5-喹啉酮XH与9-PhXn+C1O4-的负氢转移的确是一步负氢转移机理,并作出了相应反应的能级图。同时利用Hammett的线性自由能相关,确定了负氢转移过程中过渡态的电荷分布。