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[FeFe]氢化酶能够高效地催化质子还原生成氢气,为合成具有类似天然氢化酶催化活性的催化剂,近年来氢化酶的仿生化学研究受到广泛关注。为了丰富和发展[FeFe]氢化酶的化学模拟研究工作,本论文设计合成了一系列新型的[FeFe]氢化酶活性中心模型物,并研究了它们的结构、性质及催化功能。此外,为了更广泛的研究光电子转移,在合成光驱动型氢化酶模型物的同时,还将光敏剂卟啉组装到其它一系列过渡金属配合物上。本论文总共取得了如下创新成果:
1.合成了9个新型[FeFe]氢化酶活性中心模型物、5个含卟啉及锌卟啉过渡金属配合物及附录中的3个铂的络合物,共17个化合物。这些化合物均经过元素分析和谱学表征,并运用X-射线衍射技术测定了其中11个模型物的单晶结构。此外,本论文还研究了部分化合物的电化学、紫外-可见光谱、荧光光谱的性质及光催化制氢功能。
2.首次通过异腈基团与Fe配位引入卟啉及锌卟啉大环配体,合成了两个新颖的含卟啉及锌卟啉的丙撑二硫桥[FeFe]氢化酶模型物[μ-S2(CH2)3]Fe(CO)5(H2TPPNC)(2)和[μ-S2(CH2)3]Fe2(CO)5(ZnTPPNC)(3)[H2TPPNC=5-CN(C6H4-p),10,15,20-Triphenylporphyrin,ZnTPPNC=5-CN(C6H4-p),10,15,20-Zincporphyrin],还合成了一个含1-甲基咪唑基二苯基膦配体的模型物[μ-S2(CH2)3]Fe2(CO)5(dpim)(1),它们除用元素分析、IR、1HNMR、31PNMR表征外,还测定了模型物1的单晶分子结构,并研究了模型物2、3的电化学、UV-vis及荧光光谱,同时通过模型物3的光照制氢实验,证明了3具有光驱动制氢的能力。
3.首次通过氢化酶模型物之间的Sonogashira偶联反应得到了双蝶状的氢化酶模型物{[μ-S2(CH2)3]Fe2(CO)5CN(C6H4-p)C}2(9),通过母体模型物[μ-S2(CH2)3]Fe2(CO)6的氧化脱羰配体取代反应,还得到了其它5个含异腈配和膦配体的单簇及双簇的氢化酶模型物。这6个化合物除用元素分析、IR、1HNMR、31PNMR、13CNMR表征外,还测定它们的单晶分子结构,并研究了其中2个代表物的电化学性质。
4.首次通过异腈配体将卟啉及锌卟啉引入四面体金属簇,得到了3个荧光猝灭效果极好的模型物(μ3-S)FeCo2(CO)8(H2TPPNC)(10),(μ3-S)FeCo2(CO)8(ZnTPPNC)(11)和(3-Se)RuCo2(CO)8(ZnTPPNC)(12)。利用过渡金属Pt(Ⅱ)的配位性质,在既定位置将带有异腈配体的两个卟啉大环组装起来,得到了组装体Pt(C≡CPh)2(H2TPPNC)2(13),Pt(C≡CPh)2(ZnTPPNC)2(14),它们除通过元素分析、IR、1HNMR表征外,还测定了其中2个化合物的单晶分子结构,并研究了它们的UV-vis及荧光光谱。