卤键超分子体系以及荧光分子开关行为

论文摘要

第一章卤键是发生在卤素原子（路易斯酸）与中型或阴离子路易斯碱之间的一种非共价弱相互作用力,本章主要对卤键发展的历史与现状及主要特征进行了综述,并突出其与氢键的相似性,介绍了基于卤键晶体工程发展中的一些启示性原理,焦点集中于卤碳的卤键超分子体系,显示了卤键在合成化学、材料科学、化学传感与分子识别及生物有机化学领域的应用潜力。第二章在HF/6-31（d）水平上对气相中的CBr4/甲醇、乙醇、乙醚、四氢呋喃、二氧六环的单体和配合物的构型进行优化得到了配合物的键长、键角、相互作用能等参数,键长位于范得华半径之内表明Br…O间的卤键弱相互作用力的存在。对四溴化碳溶于甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃等含氧孤电子对有机溶剂的光电性能的研究表明:当浓度超过7.8×10-3M～1.6×10-2M的临界浓度范围时,高浓度依赖性的卤键特殊溶剂效应与最高浓度的一般溶剂效应共存,相反地,当浓度低于此临界浓度范围时,溶液中仅存在一般溶剂效应。卤键供/受体间的电荷转移（CT）相互作用如同氢键一样导致了光谱的红移,其中,电荷转移配合物的紫外-可见吸收光谱在丙酮溶剂中易于辨认,而其它五个溶剂的光谱则必须通过特殊溶剂效应曲线减去最高浓度的一般溶剂效应曲线才能得到。适合二组分体系的Benesi-Hildebrand方程证实了四溴化碳与各种溶剂间形成丁1:1的配合物。四溴化碳溶解在甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃中的氧化电位与相应的吸收能量的线性关系建立了CBr4/溶剂的高浓度依赖性的电荷转移性能间的关系。试验过程中发现:环境光辐射使四溴化碳脱溴从而导致了350～390nm范围内的光谱拖尾。第三章得到了DPY/5-Isal和Py/DIF4B分子间自组装晶体,单晶衍射结果表明:前者以5-碘水杨酸分子间的C-I...O（羰基）卤键作为两侧“梯柱”,两侧“梯柱”羧酸上的羟基与4,4-二吡啶以氢键结合形成“梯梁”的“梯”状晶体;后者是由两个Py分子中包含两个碘反向的DIF4B分子的“夹心”柱状无限链结构,Py及DIF4B间以π-π堆积为驱动力,柱状链间则通过I…I作用连接。研究表明卤键与氢键及π-π堆积等弱作用间的协同作用对人类生命起源的认识、药物设计及生物体内分子间识别具有重大的意义。第四章本文报道了1,2-2（4-吡啶）乙烯（BPE）随pH变化的光谱特性。当pH值从7.20减少到-1.0时,紫外-可见吸收以及荧光光谱在四个不同的连续的pH区间8.45～7.20,7.20～5.62,5.62～2.60,2.60～-1.0呈现相同的变化趋势。即不变,减弱,增强,再减弱。其中,在7.20～5.62的范围内,紫外-可见吸收波长由298nm红移到313nm,荧光发射由418nm蓝移到359nm;当pH2.60低到-1.0左右,阳离子-π作用降低了π电子云密度使荧光强度减弱直至猝灭。通过拟合得到两级解离常数pKa1=4.30±0.01和pKa2=5.65±0.04,光谱变化显示:该化合物按pH值由高到低显示了“关-开-关”的荧光发射性能,可应用于荧光分子开关,同时又是一个较好的pH探针。α-,β-环糊精的存在对光谱几乎无影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 卤键概念及其应用进展
• 1.1 卤键概念的提出
• 1.2 卤键及其特征
• 1.2.1 卤键的定义
• 1.2.2 卤键的特征
• 1.3 卤键理论计算
• 1.3.1 自洽场（SCF）分子轨道理论
• 1.3.2 电子相关问题
• 1.3.2.1 组态相互作用（Configuration interaction,CI）
• 1.3.2.2 Moller Plesset（MP）微扰理论
• 1.3.3 密度泛函理论（Density Functional Thoery,DFT）
• 1.3.4 卤键计算进展
• 1.4 卤键应用进展概述
• 1.4.1 卤键在晶体工程中的应用
• 1.4.1.1 含孤电子对原子分子卤键受体
• 1.4.1.2 π-电子与配阴离子卤键受体
• 1.4.1.3 卤-卤作用
• 1.4.2 卤键在功能材料领域的应用
• 1.4.2.1 卤键液晶
• 1.4.2.2 温敏及磁性材料
• 1.4.3 卤键在化学传感和分子识别中的应用
• 1.4.3.1 卤键手性识别
• 19F NMR识别'>1.4.3.2 卤键ESR及¹⁹F NMR识别
• 1.4.3.3 卤键分子印迹传感识别
• 1.4.3.4 卤键对离子的识别
• 1.4.4 卤键在化学反应中的应用
• 1.4.5 卤键在生物体系和药物设计中的应用
• 参考文献
• 4与含氧有机溶剂间的卤键特殊溶剂效应'>第二章 浓度依赖性的CBr₄与含氧有机溶剂间的卤键特殊溶剂效应
• 2.1 引言
• 2.2 理论计算方法
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 试剂
• 4和溶剂配合物的紫外-可见吸收光谱的测定'>2.3.2 CBr₄和溶剂配合物的紫外-可见吸收光谱的测定
• 2.3.3 电化学测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 理论计算结果
• 2.4.2 卤键配合物的紫外-可见吸收光谱
• 4和溶剂配合物的计量比'>2.4.3 CBr₄和溶剂配合物的计量比
• 2.4.4 电荷转移能的穆立根（Mulliken）相关
• 2.4.5 环境光和解离溴对研究体系的影响
• 2.5 结论
• 参考文献
• 第三章 卤键/氢键/π-π堆积共作用构筑超分子体系
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 单晶制备方法
• 3.2.3.2.1 5-碘水杨酸与4,4-二吡啶单晶（crystal 1）的制备方法
• 3.2.2.2 1,2-二碘四氟苯与芘单晶（crystal 2）的制备方法
• 3.2.2.3 单晶结构测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 5-Isal与DPY的单晶结构
• 3.3.1.1 5-Isal与DPY的晶体结构数据
• 3.3.1.2 卤键/氢键共作用构筑"梯"状超分子体系
• 4B的单晶结构'>3.3.2 Py与DIF₄B的单晶结构
• 4B的晶体结构数据'>3.3.2.1 Py与DIF₄B的晶体结构数据
• 3.3.2.2 卤键/π-π堆积共作用构筑"夹心"柱状无限链体系
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 由pH控制的1,2-2（4-吡啶）乙烯的荧光开关行为
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 BPE UV-Vis吸收光谱
• 4.3.2 BPE荧光光谱
• 4.3.2.1 pH对荧光光谱影响（I=0.1M）
• 4.3.2.2 荧光行为可逆性
• 4.3.2.3 离子强度对pKa值的影响
• 4.3.2.4 α-,β-环糊精存在下BPE的荧光光谱
• 4.4 结论
• 参考文献
• 硕士期间已完成的论文题录
• 致谢