酞菁、氮杂酞菁配合物及其类似物的量子化学研究

论文摘要

在过去的六十多年里，酞菁及其金属酞菁配合物的制备及性质的表征得到了广泛的研究。这种化合物强的着色性及酞菁环18π-电子和金属原子的氧化还原化学引起了人们广泛的研究兴趣。 为了更加深入地理解实验结果并对进一步的实验提供理论指导，我们决定在研究工作中引入量子化学。在过去的几年中，我们课题组使用量子化学计算研究了酞菁、卟啉及其衍生物和类似物的几何构型、电子结构以及红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子谱（XPS）、紫外可见光谱（UV-vis）等性质，并且获得了一些有意义的结果。作为在这些方面工作的继续，我的研究主要集中在酞菁金属配合物及氮杂酞菁及其衍生物的几何构型，电子结构和振动光谱方面的研究。 本论文用密度泛函（DFT）方法对FePc、CoPc、NiPc、CuPc和ZnPc的优化的几何构型、电子结构进行了理论研究。比较了不同分子的几何构型、分子轨道、和原子电荷。根据我们的计算，这五个分子都是D4h构型。计算的中央空穴的直径为：FePc＞CoPc＞NiPc＜CuPc＜ZnPc，这与实验的顺序一致，也与Shannon的八面体场金属离子直径及Hargittai在他的论文中提及的过渡金属氯化物键长顺序一致。而且，通过计算发现，NiPc的晶体结构参数可能是粗略的。HOMO-LUMO的能隙以FePc＜CoPc＞NiPc＞CuPc＞ZnPc的顺序变化。中央金属离子电荷的变化顺序与N-M键长的变化顺序相同，都是FePc＞CoPc＞NiPc＜CuPc＜ZnPc。对这五个分子用用密度泛函6-31G（d）基组在B3LYP或UB3LYP水平上计算了振动光谱。通过比较实验的和计算的结果详细地指认了它们的红外和拉曼光谱，相关性很好。我们计算的表示金属与配体之间相互作用的振动在894、896、898、882和871cm-1处，相应于实验的909、911、915、898和888 cm-1处的中等强度的单峰。其变化规律都是NiPc＞CoPc＞FePc＞CuPc＞ZnPc。计算的与实验的IR和Ra频率所作的拟合曲线的相关性很好。金属依赖的Ra振动与IR是同一顺序。计算结果表明，用密度泛函6-31G（d）基组在B3LYP或UB3LYP水平上研究此类分子是很好的方法。 用密度泛函（DFT）B3LYP／6-31G（d）方法对自由的（TPdPzH2）、N，N’-二氘代

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 酞菁类化合物的研究概述
• 1.2 酞菁类化合物的实验和理论研究进展
• 1.3 本篇论文的工作
• 参考文献
• 第二章 一系列第一过渡金属酞菁配合物的分子结构、电子结构和振动光谱的理论研究
• 2.1 前言
• 2.2 计算方法
• 2.3 结果和讨论
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 自由的、N,N’-二氘代和镁4-2,3-吡啶四氮杂卟啉的分子结构、电子结构和振动光谱：密度泛函计算
• 3.1 前言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 自由的、N,N’-二氘代和镁4-3,4-吡啶四氮杂卟啉的分子结构、电子结构和红外光谱：密度泛函计算
• 4.1 前言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 自由的、N,N’-二氘代和镁4-2,3-吡嗪四氮杂卟啉的分子结构、电子结构、红外和拉曼光谱：密度泛函计算
• 5.1 前言
• 5.2 计算方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 自由的、N,N’-二氘代和镁四噻二唑四氮杂卟啉的分子结构、电子结构和振动光谱：密度泛函计算
• 6.1 前言
• 6.2 计算方法
• 6.3 结果和讨论
• 6.4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表