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氢化酶是一类存在于微生物体内的天然蛋白质,可以在温和条件下可逆的催化质子产氢。其在清洁能源方面潜在的应用价值引起了化学家们的普遍关注。近年来,对[FeFe]-及[NiFe]-氢化酶的仿生模拟工作已取得了很大的进展。以此为背景,本论文设计合成了三类新型的氢化酶模型物,从事了具有双碲桥的[FeFe]-和[NiFe]-氢化酶模拟研究及开链[NiFe]-氢化酶模拟及其相关衍生两方面的工作,得到了以下一些研究成果。
1、共合成了3个系列共16个新化合物,其中[FeFe]-及[NiFe]-氢化酶模型物12个、单镍前体化合物3个、双镍模型物1个。其中[FeFe]-氢化酶、[NiFe]-氢化酶及双镍模型物均经过了熔点、元素分析、红外光谱、1H NMR及13CNMR的表征,部分还经过了31p NMR、125Te NMR的表征,而且通过X-射线单晶衍射技术确认了全部13个模型物的单晶结构。此外,我们还选取每个系列中的代表模型物进行了电化学性质研究。
2、在本论文第二章第一节中,我们利用“一锅煮”的方法合成了三例含氮杂卡宾配体的氧杂丙撑双碲桥ODTe型[FeFe]-氢化酶模型物[(μ-TeCH2)2O]Fe2(CO)5(L)(1,L=1,3-二(2,4,6-三甲基苯基)咪唑-2-卡宾;2,L=1-2,4,6-三甲基苯基-3-甲基咪唑-2-卡宾;3,L=1,3-二甲基咪唑-2-卡宾),并通过X-射线单晶衍射技术确认了全部3个模型物的单晶结构。选取模型物1进行了电化学性质研究,证明其具有在电化学条件下催化弱酸产氢的能力;对模型物2及其硒类似物进行的电化学对比实验证明双碲桥模型物相比双硒桥模型物而言更容易被电还原。
3、在本论文第二章第二节中,以改进后的Mathur方法制得的(μ-Te2)Fe2(CO)6为起始物,合成了五例含双膦配体的双碲桥三核[NiFe]-氢化酶模型物(Dipp)Ni(μ3-Te)2Fe2(CO)6(4, Dipp=dppe;5,Dipp=dppv;6,Dipp=dppb;7,Dipp=dppp;8,Dipp=dppf),并通过X-射线单晶衍射技术确认了全部5个模型物的单晶结构。对模型物5进行了循环伏安、加酸循环伏安及电解等电化学性质研究,并与其硫、硒类似物进行了对比,证明了双硒桥模型物作为产氢催化剂优于双硫桥和双碲桥模型物且Ni原子是该电化学催化产氢过程的催化中心。
4、在本论文第三章第一节中,以dppvNiCl2和两倍量的硫醇在三乙胺存在下酸碱反应生成的单镍前体化合物dppvNi(SR)2为起始物,与九羰基二铁的反应合成了三例含刚性双瞵配体dppv的开链[NiFe]-氢化酶模型物(dppv)NiFe(SR)2(CO)3(1,R=Et;2,R=Ph;3,R=iPr),并通过X-射线单晶衍射技术确认了全部3个模型物的单晶结构。选取模型物1研究了其电化学性质,对其还原峰和氧化峰的归属进行了讨论,证明其具有在电化学条件下催化质子产氢的能力;通过其循环伏安曲线与单镍前体化合物的对比,表明[NiFe]-氢化酶模型物相对单镍前体化合物而言分子中的镍中心更易于被电还原。
5、在本论文第三章第二节中,合成了一例含双膦配体的PDT型[NiFe]-氢化酶模型物(dppv)NiFe(PDT)(CO)3(4)。为了得到Ni(Ⅱ)Fe(Ⅱ)型的模型物,我们对模型物4用I2进行氧化,但并没有得到Fe(Ⅰ)被氧化为Fe(Ⅱ)的产物,而得到了4*即dppvNiI2,这说明了模型物4中Ni-S键的脆弱性。此外,利用dppvNi(PDT)与FeI2(CO)4的反应,意外地得到了双镍模型物{[(μ-SCH2CH2CH2S-μ)(μ-I)][(dppv)Ni]2}+{BPh4}-(4#),结合文献提出了该意外产物的产生历程及其中间体。