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杂环酞菁和杂环萘酞菁化合物的结构和性质的DFT研究

作　者: 王雪
导　师: 付强
学　校: 东北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 酞菁 杂环酞菁 杂环萘酞菁 结构和光谱性质 DFT
分类号: O641.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要


酞菁（Phthalocyanine）类化合物是一类具有π共轭体系的平面型大环化合物。酞菁的一个显著特性是它的多功能性和可剪裁性,通过对酞菁的分子结构进行一些化学修饰,可以很好的调整其性能,包括改变酞菁中心金属、在酞菁周环引入各种取代基团,以及杂环取代酞菁外层苯环生成杂环类酞菁化合物。这样的修饰可以得到许多具有特殊性质和功能的酞菁类化合物。1、杂环类酞菁化合物的DFT研究在本文中,利用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）中的B3LYP方法,在6-31G（d）基组水平上,对无金属四噻吩[2,3-b]四氮杂卟啉（TTPPzH2）及其金属镁配合物（TTPPzMg）的几何结构、原子电荷、分子轨道、UV-Vis光谱和IR光谱进行了详细的分析和研究。噻吩杂环的取代效应,使得TTPPzH2和TTPPzMg的中心四氮杂卟啉单元（Pz）的结构包括键长、键角和中心空穴都发生了一定程度的改变。值得说明的是,与H2Pc和MgPc相比,噻吩杂环的取代效应除了对与S原子键连的Cβ的原子电荷产生了很大影响外,对其他各原子电荷几乎没有影响。噻吩杂环的取代效应不仅改变了分子轨道的能级和对称性,而且导致Q吸收带发生了一定程度的蓝移,使得HOMO-LUMO之间的能隙变宽;同时降低了低占据轨道的稳定性,使得B吸收带发生了一定程度的红移。借助于动画,将TTPPzH2的全部振动模式进行了指认,所得结果不仅与其他理论计算结果相符合,而且与实验结果也得到了很好的一致性,这说明本文所采取的方法对于研究此类大环化合物是非常合适的。2、杂环类萘酞菁化合物的DFT研究在本文中,利用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）中的B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上,对八氮杂萘酞菁锗（OANcGe）、八氮杂萘酞菁锡（OANcSn）和八氮杂萘酞菁铅（OANcPb）的几何结构、原子电荷、分子轨道、UV-Vis光谱和IR光谱进行了详细的分析和研究。根据计算结果发现,这三种金属配合物几何结构上的差异主要表现在中心金属离子与邻近Nc原子不同的间距上,中心金属离子对分子结构的影响随着Nc原子离开中心金属离子的距离的增加而减小。同时,从锗到铅随着金属性的增强,中心金属原子所带正电荷依次增大。这三种金属配合物的能隙随着金属离子半径的增大而增大,遵循:OANcGe< OANcSn<OANcPb的顺序,同时,这三种金属配合物的各轨道能级随着金属离子半径的增大而降低,遵循:OANcGe>OANcSn>OANcPb的顺序。其中需要强调的是,虽然各轨道能级相差很多,但是对称性却是相同的,这说明金属离子半径的改变对轨道能级的影响要远远大于对轨道对称性的影响。通过比较这三种金属配合物电子的主要跃迁发现,从Ge2+到Pb2+随着金属离子半径逐渐增大,越难进入中心空穴,金属离子不处于环平面内,从而降低了金属和八氮杂萘酞菁环的成键作用以及金属对八氮杂萘菁环的作用,使得萘酞菁的Q带和B带向空心萘酞菁移动,因此Q和B吸收带均发生了蓝移。借助于动画,将OANcGe、OANcSn和OANcPb的全部振动模式进行了指认。本文的意义在于通过研究一系列八氮杂萘酞菁IVA主族金属配合物的结构和光谱性质来发现它们优于酞菁的方面,从而使它们得到更加广泛的应用。

全文目录


中文摘要  4-6
英文摘要  6-9
第一章 前言  9-16
  1.1 酞菁类化合物的简介  9-10
  1.2 酞菁类化合物的分类  10-13
  1.3 酞菁类化合物的应用  13-15
  1.4 本篇论文的研究工作  15-16
第二章 无金属四噻吩[2,3-b]四氮杂卟啉及其镁配合物的结构和性质的密度泛函理论研究  16-25
  2.1 前言  16
  2.2 计算细节  16-18
  2.3 结果和讨论  18-24
    2.3.1 几何结构  18-19
    2.3.2 原子电荷  19
    2.3.3 前线分子轨道  19-21
    2.3.4 UV-Vis 光谱  21-23
    2.3.5 红外光谱  23-24
  2.4 结论  24-25
第三章 八氮杂萘酞菁第四主族(IVA)金属配合物的结构和光谱性质的密度泛函理论研究  25-35
  3.1 前言  25-26
  3.2 计算细节  26
  3.3 结果和讨论  26-33
    3.3.1 几何结构  26-27
    3.3.2 原子电荷  27-29
    3.3.3 前线分子轨道  29
    3.3.4 UV-Vis 光谱  29-32
    3.3.5 红外光谱  32-33
  3.4 结论  33-35
参考文献  35-43
致谢  43-44
在学期间公开发表论文及著作情况  44

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 结构化学 > 络合物化学（配位化学）
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