不对称硫代铀酰-Salophen与三唑酮、三唑醇的分子识别及配位选择性理论研究

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新型铀酰配体(uranyl-Ls)的设计对铀的分离和利用具有重要意义。本文将三唑基团引入铀酰-Salophen(uranyl-S)中,形成新的不对称铀酰单侧苯并三唑铀酰-Salophen(uranyl-UBS),并用两个硫原子取代铀酰-UBS之中的两个氧原子,形成了一种新的受体结构:铀酰-单侧苯并三唑硫代Salophen(uranyl-UBTS)。本研究第一部分在B3LYP//RECP/6-311G**水平上,利用密度泛函理论(DFT)计算,综合探讨了铀酰-UBS和铀酰-UBTS与R/S-三唑酮(R/S-TDFs)对映体的配位模型,并研究了新受体对客体R/S-TDFs的对映选择性识别。结果表明,受体铀酰-Salophen、铀酰-UBS和铀酰-UBTS的铀原子能与客体R/S-TDFs中的羰基氧原子配位,形成受-客体R/S-TDFs-uranyl-Ls的络合物,具有两种性质迥异的稳定V形结构。结果表明,主体对客体R/S-TDFs的配位能力为铀酰-UBTS>铀酰-Salophen>铀酰-UBS,而对客体的对映选择性为铀酰-UBTS>铀酰-Salophen>铀酰UBS,当受体相同时,R-TDF的配位能力强于S-TDF。第二部分研究了RR/RS/SR/SS-TDNs与uranyl-UBTS主体的配位,结合文献讨论了配位模型与四种配合物的结构和化学性质的关系,包括它们的键长、键序、分子轨道、弱相互作用、红外光谱和分子极性等。利用选择性系数进一步研究了uranyl-UBTS对RR/SS-TDNs和RS/SR-TDNs的选择性。所有的理论计算同样都是在B3LYP//RECP/6-311G**水平上用密度泛函(DFT)方法进行的。研究结果表明主客体之间的所有的配位都发生在TDNs内的羟基氧和uranyl-UBTSs的铀之间,由于体左侧和右侧的共轭体系的差异,在UUBTS-RR-TDN,RS-TDN-Uranyl-UBTS和SS-TDN-Uranyl-UBTS中存在π-π堆积作用,但在SR-TDN-Uranyl-UBTS中没有π-π堆积作用。SR-TDN-Uranyl-UBTS优化后的结构最紧凑,SR-TDN-Uranyl-UBTS中C-OH,C-O-C的峰高比较平均,且SR-TDN-Uranyl-UBTS的偶极矩和分子极性指数(MPI)最小,上述这些都证明了SR-TDN-Uranyl-UBTS的极性最小。Complexes RR/SR中U-O3键的强度比Complexes RS/SS中的U-O3更强,Complexes RR/SR比Complexes RS/SS更加稳定。结合能大小顺序为:UUBTS-RR-TDN>SR-TDN-Uranyl-UBTS>RS-TDN-Uranyl-UBTS>SS-TDN-Uranyl-UBTS。Uranyl-UBTS对RR/SS-TDNs和RS/SR-TDNs这两组客体有着非常好的选择性,在真空、苯和甲醇三种溶剂模型中选择性系数(F)的值均大于98.5%。上述实验为铀酰-Salophen的衍生物与三唑类衍生物的实验提供了信息和理论支持,为进一步探索不对称uranyl-Salophen与三唑衍生物的配位特性提供了参考。
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