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π-π重叠相互作用与磁耦合机理研究

作　者: 李洪囡
导　师: 石敬民
学　校: 山东师范大学
专　业: 无机化学
关键词: π-π重叠 磁耦合强度 分子间作用力 晶体结构 自旋密度 理论计算
分类号: O641.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


分子间-重叠相互作用作为分子间主要作用力之一在分子基磁学性质方面扮演着十分重要的角色。一些含有自旋载体的自由基化合物由于分子间-重叠而导致了强的磁耦合相互作用，其中部分自由基化合物因分子间-重叠相互作用随温度变化而发生改变而显示了双稳态的自旋跃迁性质。尽管McConnell于上世纪六十年代就提出了-重叠相互作用所导致的磁耦合强度与其-重叠间自旋密度相关的McConnell I模型，但是，至今还未见有实验或理论给予证实。本论文设计合成了一个以2-(1,2,4-三氮唑)-1,10-邻菲啰啉为配体的单核CuII配合物，对其进行了X-射线单晶衍射表征。其晶体结构表明配合物间存在有两种-重叠相互作用。对该配合物进行了变温磁化率数据测试，对所得磁数据进行了理论拟合。拟合所得磁参数2J=4.17cm-1，说明配合物间存在有弱的铁磁相互作用。并以该晶体结构中所存在的两种-重叠为理论计算模型，获得了其-重叠所涉及原子上的电子自旋密度。为了获得与-重叠相关联的磁耦合强度的构效信息，本论文对文献已报道的六个以1,10-邻菲啰啉衍生物为配体的非自由基型单核CuII配合物，三个以mnt (cis-1,2-dicyanoethylene-1,2-dithiolate)为配体的自由基型单核NiIII配合物，一个以环戊二烯基衍生物为配体的自由基型单核FeII配合物，四个自由基型B配合物和两个有机化合物自由基进行了-重叠结构研究。以上述化合物的晶体结构中所存在的-重叠为理论计算模型，计算获得了这些-重叠结构中短距离接触原子上的电子自旋密度。通过对我们所合成的上述一个单核CuII配合物和上述文献报道的十六个配合物(化合物)的-重叠结构及相关的短距离接触原子上的电子自旋密度的研究，获得了-重叠结构所导致的磁耦合强度与其相关的短距离接触原子上的电子自旋密度相关联的信息，即-重叠结构中短距离接触原子上的电子自旋密度是影响-重叠磁耦合强度的主要因素；当短距离接触原子的距离大于van derWaals接触半径之和，且短距离接触原子上的电子自旋密度大于0.1350时，则该类-重叠可导致中等强度或较强的磁耦合强度；当C C原子接触距离小于3.4，但不小于3.351，且自旋密度小于0.1时,该类-重叠不可能产生中等强度或中等强度以上的磁耦合；当短距离接触随温度降低而变小时，其短距离接触原子上的电子自旋密度将增加。由此首次证实了McConnell I模型中-重叠所导致的磁耦合强度与其短距离接触原子上的电子自旋密度相关的论点。同时本论文也首次揭示发现：非自由基类配合物中的-重叠相互作用不可能产生强的磁耦合相互作用。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
前言  10-18
第一章 具有π-π重叠结构的单核 Cu~(II)配合物 [Cu(PhenTA)_2](ClO_4)CH_3CH_2OH 的合成，表征及磁耦合机理研究  18-28
  第一节 具有π-π重叠结构的单核 Cu~(II)配合物 [Cu(PhenTA)_2](ClO_4)CH_3CH_2OH 的合成，表征及磁耦合机理研究  19-28
    一、实验部分  19-22
      1. 试剂  19
      2. 物理测试  19
      3. 配合物的合成  19-20
      4. π-π重叠体系中短距离接触原子上自旋密度的理论计算  20
      5. 化合物的 X-射线单晶衍射  20-22
    二、结果讨论  22-27
      1. 配合物[Cu(PhenTA)_2](ClO_4)CH_3CH_2OH ]晶体结构  22-23
      2. 磁学性质的研究  23-27
    三、小结  27-28
第二章 π-π重叠体系的磁耦合机理研究  28-75
  第一节 文献报道的十六个含有π-π重叠体系的晶体结构复述  28-49
    一、六个含 Cu~(II)配合物晶体结构复述  28-39
      1.1. 配合物 C1 [Cu(PhenOH)Cl(OH)]的晶体结构复述  28-30
      1.2. 配合物 C2 [Cu(PhenP)(ONO_2)_2]的晶体结构复述  30-32
      1.3. 配合物 C3 [Cu(PhenMP)Cl_2]的晶体结构复述  32-34
      1.4. 配合物 C4 [Cu(PhenMP)Br_2]的晶体结构复述  34-35
      1.5. 配合物 C5 [Cu(PhenAP)(ONO_2)(HOCH_3)] NO_3的晶体结构复述  35-36
      1.6. 配合物 C6 [Cu(PhenAP)Cl_2]的晶体结构复述  36-39
    二、十个自由基型化合物晶体结构复述  39-49
      2.1. R1 自由基结构复述  39
      2.2. R2 自由基结构复述  39-40
      2.3. R3 自由基结构复述  40-41
      2.4. R4、R4*自由基结构复述  41-43
      2.5. R5 自由基结构复述  43-44
      2.6. R6 自由基结构复述  44
      2.7. R7 自由基结构复述  44-45
      2.8. R8 自由基结构复述  45-46
      2.9. R9 自由基结构复述  46-47
      2.10. R10 自由基结构复述  47-49
  第二节 十七个含有π-π重叠体系的化合物的磁耦合机理研究  49-75
    一、π-π重叠体系中短距离接触原子上自旋密度的理论计算  49
    二、十六个配合物的π-π重叠体系中短距离接触原子上的电子自旋密度  49-64
    三、磁耦合强度与自旋密度关系的研究  64-74
    四、小结  74-75
参考文献  75-85
附录 (配体红外光谱图)  85-86
作者在硕士期间发表的学术论文  86-87
致谢  87

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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 > 分子间的相互作用、超分子化学
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