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本论文通过密度泛函方法PBEO方法,计算探讨含Ph2Ppy配体及其类似物的双核配合物的金属与金属相互作用及其对核磁共振谱的影响,为设计新的有机金属配合物材料提供新的理论基础和指导。研究工作主要包括以下三部分内容:
1.研究了不同X和M对Fe(CO)3(EtPhPpy)2MX2(X=NCS、SCN、Cl;M=Zn、Cd、Hg)的稳定性,M—M’间相互作用及其对31P化学位移的影响。结果表明:配合物Fe(CO)3(EtPhPpy)2M(NCS)2(M=Zn、Cd、Hg)的稳定性为Zn>Cd>Hg,而配合物Fe(CO)3(EtPhPpy)2CdX2中含NCS—或SCN—的配合物稳定性大于含Cl—的。配合物Fe(CO)3(EtPhPpy)2M(NCS)2中Fe—M相互作用的强度顺序为Ⅰ(Fe—Zn)≈Ⅰ(Fe—Cd)<Ⅰ(Fe—Hg),含NCS—或SCN—的配合物中Fe—Cd相互作用的强度相似但略大于含C1—的配合物。Fe→M相互作用拉动电荷由Et、Ph、py、CO向P、Fe、M方向转移。Fe—M相互作用越强,电荷转移越显著。NCS—和SCN—的离域效应可分散MX2的电荷,故其配合物的电荷转移比含氯的显著,Fe—Cd相互作用更强。Fe—Zn,Fe—Cd配合物中Fe→M相互作用包括nFe→nM的直接作用和σP—Fe→nM,σC—Fe→nM的间接作用;而Fe—Hg配合物中Fe—Hg相互作用较强,已形成弱σ键。N—M的相互作用均是以nN→nM离域作用为主。Fe—Zn,Fe—Cd配合物的31P化学位移比单核配合物的小,而Fe—Hg配合物中存在σFe—Hg→σ*P—Fe离域,使P核的电子密度比单核配合物的大,故Fe—Hg配合物的化学位移比单核配合物的小。
2.探讨了配合物Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl)c(a,b=1~2,c=0~1的稳定性,金属与金属的相互作用实质及氧化还原反应的原因。研究表明:单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2的HOMO能量很高,反应时易作为还原剂,且Ir原子对HOMO轨道的贡献高达89.09%,表明Ir易给电子与第二个金属结合,Ir是氧化反应的中心。相互作用能表明Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物Ir(CO)(Cl)2(Ph2PPy)2HgCl,Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2PPy)2HgCl,比非氧化还原产物Ir(CO)Cl(Ph2PPy)2HgCl2稳定,与实验结果相符。键长,键级和相互作用能均表明氧化还原产物的Ir—Hg相互作用强度比非氧化还原产物的稳定。由NBO分析得到氧化还原产物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl,Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2PPy)2HgCl都具有一对成键与反键轨道,但Ir(CO)Cl(Ph2PPy)2HgCl2中Ir与Hg的相互作用较弱,只存在弱相互作用。
3.研究了单核配合物Fe(CO)3(MePhPpy)2,双核配合物Fe(CO)3(MePhPpy)2(MCl2)(M=Zn、Cd、Hg)和Fe(CO)3(MePhPpy)2(HgCl2)2的Fe—M相互作用及其对31P化学位移影响,研究表明:配合物Fe(CO)3(MePhPpy)2(MCl2)稳定性为配合物Zn>Hg>Cd,Fe—M相互作用的强弱顺序为Ⅰ(Fe—Zn)≈Ⅰ(Fe—Cd)<Ⅰ(Fe—Hg)。NBO分析得到Fe—M相互作用主要表现为σFe-P→nM和σFe→nM的电荷转移作用,而N—M的相互作用以nN→nM离域作用为主。形成双核配合物后,σFe—C→σ*Fe-P离域增大,而σFe-P→σ* Fe—C减小,使得P原子核所受的屏蔽作用比单核配合物的大,故双核配合物的31P化学位移比单核配合物的小。