羰基铬类一氧化碳释放分子的热解反应研究

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过渡金属羰基配合物作为一氧化碳释放分子(Carbon-monoxide releasing molecules,CORMs)可在光、酶及氧化等诱导作用下释放CO,然而这些CORMs在释放后所形成的含有重金属中心的i-CORM及残留的非羰基配体会对机体细胞产生不可逆损伤。为了克服上述问题并实现对CORMs释放动力学的精准控制,本文采用新型的CO诱导方式—热解诱导CO释放,以携带有5个羰基配体的铬类金属羰基配合物作为先导结构,以不同种类季铵盐及氨基酸酯作为配体,制备得到系列热敏一氧化碳释放分子(Thermosensitive-CORMs,T-CORMs),并对其热解行为及CO释放机理和性能进行探究。本论文的研究内容总结为以下四部分:第一,制备了卤代季铵盐型、Fischer卡宾盐型以及Fischer中性型三类五羰基铬化合物,利用红外光谱、核磁共振光谱及元素分析对合成的化合物结构进行表征,并对培养得到的1b、3c及5c化合物晶体结构进行单晶X-射线衍射解析。第二,利用热重-差示扫描量热(TG-DSC)联用技术对上述三类化合物在氮气氛围下的热敏性、热失重情况进行探究,并分别利用Kissinger法和Ozawa法计算了化合物的热动力学参数,结果表明,化合物热敏性、热失重历程及热分解动力学参数由化合物空间结构、M-L,M-CO键的相对结合强度及配体的σ键合性能等多种因素综合作用;利用热重-差热(TG-DTA)联用技术对化合物静态空气氛围下的热失重行为进行测试,并与惰性气氛下的失重历程相比较,结果表明,空气氧气对化合物的热分解历程影响较大。第三,利用热重-红外-气质联用仪(TG-IR-GCMS)对三类化合物中3c、4b、5c三种化合物的热分解气相产物进行实时监测,结果表明,三类化合物在受热时都会释放CO气体,释放温度分别为103℃、90℃和109℃;利用密度泛函理论(DFT)对3c结构中M-CO键及M-X键的键能进行精确计算,结果表明M-X的键能小于M-CO的键能;通过红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、SEM-EDS能谱及元素分析对3c化合物的固体产物进行进一步研究,结果表明固体产物中基本不含C元素,主要组成成分为铬氧化物;通过对3c分解机理的推测总结发现,该化合物可在分解开始后的一段温度范围释放纯净的CO气体。第四,利用传统肌红蛋白法对三类热敏CORM在不同温度下的恒温热解CO释放过程进行监测,结果表明三类化合物均可实现热解CO释放,其中1c化合物在60℃即可释放CO气体,根据热重法测试化合物在不同温度下的恒温失重情况,发现CO释放扩散动力学曲线与恒温失重曲线具有较好匹配性。综上所述,本文采用的热解诱导CO释放方式,结合配体调控策略对五羰基铬类释放分子中配体进行选择,可以实现对T-CORM热解CO释放历程的调控,达到安全、可控、精准释放CO的目的。
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