Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide - Luận án tiến sĩ
Luận án tiến sĩ khám phá ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide. Nghiên cứu tổng hợp phức chất Lanthanide hỗn tạp giá, ứng dụng trong điện tử.
The University of Texas at Austin
Hóa học phối hợp Lanthanide
Luan An
Luận án
Năm xuất bản
Số trang
303
Thời gian đọc
46 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
60 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Ligand Mới Cho Hóa Học Phối Trí Lanthanide
Hóa học phối trí lanthanide đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ. Nghiên cứu tập trung vào tổng hợp phức chất lanthanide với ligand mới. Kim loại đất hiếm lanthanide có tính chất độc đáo. Số phối trí cao và bán kính ion lớn tạo nên đặc điểm riêng. Ligand đa càng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định phức chất. Hằng số bền phức phụ thuộc vào cấu trúc ligand và kim loại trung tâm. Ứng dụng của phức chất lanthanide rất đa dạng. Từ xúc tác hóa học đến vật liệu điện tử tiên tiến. Phổ huỳnh quang đặc trưng giúp ứng dụng trong sinh học và y học. Ligand chứa nitơ và ligand chứa oxy là hai nhóm phổ biến nhất. Beta-diketone tạo phức bền với ion lanthanide(III). Nghiên cứu ligand hữu cơ mở ra hướng đi mới cho hóa học phối trí.
1.1. Đặc Điểm Kim Loại Đất Hiếm Lanthanide
Lanthanide là nhóm 15 nguyên tố từ Lantan đến Lutetium. Kim loại đất hiếm này có cấu hình electron đặc biệt. Lớp 4f được lấp đầy dần qua chuỗi nguyên tố. Trạng thái oxy hóa +3 là phổ biến nhất. Một số nguyên tố tồn tại ở trạng thái +2 như Sm, Eu, Yb. Bán kính ion giảm dần theo số hiệu nguyên tử. Hiện tượng co lanthanide ảnh hưởng đến tính chất hóa học. Số phối trí dao động từ 6 đến 12. Tính linh động cao của phức chất lanthanide tạo thách thức trong nghiên cứu.
1.2. Tầm Quan Trọng Của Ligand Trong Phức Chất
Ligand quyết định cấu trúc và tính chất của phức chất. Ligand đa càng tạo hiệu ứng chelate mạnh. Hằng số bền phức tăng theo số lượng điểm phối trí. Ligand hữu cơ mang lại tính linh hoạt trong thiết kế. Nhóm chức chứa nitơ và oxy ưa thích phối trí với lanthanide. Độ cứng mềm của ligand ảnh hưởng đến độ bền. Ligand chứa nitơ tạo liên kết cộng hóa trị mạnh hơn. Beta-diketone là ligand kinh điển cho phức chất lanthanide.
1.3. Ứng Dụng Phức Chất Lanthanide
Phức chất lanthanide có phổ huỳnh quang đặc trưng. Thời gian sống kích thích dài tạo ưu thế trong ứng dụng. Vật liệu phát quang dùng trong màn hình và chiếu sáng. Xúc tác lanthanide hiệu quả cho phản ứng hữu cơ. Phức chất lanthanide là chất dò sinh học nhạy. Ứng dụng trong MRI và hình ảnh y học. Vật liệu từ tính dựa trên lanthanide có tiềm năng lớn. Nghiên cứu phức chất hóa trị hỗn hợp mở ra hướng điện tử mới.
II. Ligand 1 4 Diaza 1 3 Butadiene Cho Lanthanide
Ligand 1,4-diaza-1,3-butadiene (DAD) là hệ thống mới trong hóa học lanthanide. Cấu trúc R1N=CR2–CR2=NR1 mang hai nguyên tử nitơ phối trí. Ligand chứa nitơ này tạo phức với Ln(II) và Ln(III). Phản ứng phụ thuộc vào nhóm thế R1 trên ligand. Tiền chất (C5Me5)2Ln·OEt2 với Ln = Sm, Eu, Yb được sử dụng. Chuyển electron nội phân tử xảy ra trong một số trường hợp. Quá trình oxy hóa khử từ Ln(II) lên Ln(III) được quan sát. Hằng số bền phức thay đổi theo cấu trúc ligand. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) giải thích cơ chế phản ứng. Khoảng cách HOMO-LUMO ảnh hưởng đến chuyển electron. Năng lượng LUMO tuyệt đối là yếu tố quan trọng. Nghiên cứu này mở rộng hiểu biết về phức chất lanthanide hóa trị hỗn hợp.
2.1. Cấu Trúc Và Tính Chất Ligand DAD
Ligand DAD có hệ liên hợp π mở rộng. Hai nguyên tử nitơ là tâm phối trí chính. Nhóm thế R1 và R2 điều chỉnh tính chất điện tử. Ligand hữu cơ này dễ dàng tổng hợp và biến đổi. Khả năng nhận electron của DAD cao. Orbital LUMO năng lượng thấp thuận lợi cho chuyển electron. Ligand chứa nitơ tạo phức bền với kim loại đất hiếm. Cấu trúc phẳng giúp tương tác π-π với kim loại. Tính linh hoạt của ligand đa càng tạo ưu thế.
2.2. Tổng Hợp Phức Chất Lanthanide DAD
Tiền chất (C5Me5)2Ln·OEt2 phản ứng với ligand DAD. Phản ứng thực hiện trong điều kiện yếm khí. Dung môi không phối trí được sử dụng. Tỷ lệ mol ligand và kim loại ảnh hưởng sản phẩm. Nhiệt độ phản ứng cần kiểm soát cẩn thận. Sản phẩm là phức chất Ln(II) hoặc Ln(III). Nhóm thế R1 quyết định kết quả phản ứng. Phức chất lanthanide được tinh chế bằng kết tinh. Đặc trưng cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X.
2.3. Chuyển Electron Nội Phân Tử
Chuyển electron từ Ln(II) sang ligand DAD quan sát được. Quá trình tạo phức chất Ln(III) và ligand bị khử. Hằng số bền phức tăng sau chuyển electron. Năng lượng LUMO của ligand là yếu tố quyết định. Khoảng cách HOMO-LUMO nhỏ thuận lợi cho chuyển electron. DFT dự đoán khả năng xảy ra phản ứng. Phức chất hóa trị hỗn hợp tiềm năng cho điện tử. Kiểm soát chuyển electron mở hướng ứng dụng mới.
III. Phức Chất Lanthanide Không Chứa Cyclopentadienyl
Xúc tác lanthanide truyền thống dựa trên ligand cyclopentadienyl (Cp). Ligand Cp tạo phức bền nhưng hạn chế tính điện tử. Phát triển xúc tác không Cp là hướng nghiên cứu mới. Ligand chứa nitơ thay thế Cp tăng tính electrophil. Kim loại trung tâm trở nên hoạt động hơn. Kiểm soát môi trường không gian quanh kim loại tốt hơn. Ligand hữu cơ dựa trên nitơ đa dạng cấu trúc. Amido, imino và pyridyl là nhóm chức phổ biến. Số phối trí linh hoạt tạo tâm xúc tác hiệu quả. Hằng số bền phức phụ thuộc vào thiết kế ligand. Phức chất lanthanide không Cp cho hoạt tính xúc tác cao. Ứng dụng trong trùng hợp và tổng hợp hữu cơ. Beta-diketone kết hợp ligand nitơ tạo hệ lai. Nghiên cứu mở rộng thư viện xúc tác lanthanide.
3.1. Hạn Chế Của Ligand Cyclopentadienyl
Ligand Cp tạo liên kết mạnh với lanthanide. Tính cho electron cao làm giảm electrophil kim loại. Môi trường không gian cồng kềnh hạn chế tiếp cận chất nền. Khó điều chỉnh tính chất điện tử của tâm kim loại. Phức chất Cp-lanthanide kém hoạt động trong một số phản ứng. Ligand chứa oxy và nitơ mang lại lợi thế mới. Tính linh hoạt trong thiết kế ligand không Cp cao. Phức chất lanthanide mới có tiềm năng xúc tác lớn.
3.2. Ligand Chứa Nitơ Thay Thế
Ligand amido R2N- tạo liên kết σ mạnh. Nhóm imino C=N- cung cấp tính linh hoạt điện tử. Pyridyl và bipyridyl là ligand đa càng hiệu quả. Ligand chứa nitơ tăng tính acid Lewis của kim loại. Số phối trí thấp hơn tạo tâm phản ứng mở. Hằng số bền phức vẫn đủ cao cho ổn định. Thiết kế ligand đa càng kiểm soát hình học phức. Beta-diketone kết hợp tạo hệ ligand lai.
3.3. Ứng Dụng Xúc Tác Mới
Xúc tác lanthanide không Cp hoạt động trong trùng hợp olefin. Phản ứng hydroamination được xúc tác hiệu quả. Tổng hợp C-C qua phản ứng ghép nối. Phức chất lanthanide xúc tác phản ứng Friedel-Crafts. Hoạt tính cao hơn so với xúc tác Cp truyền thống. Độ chọn lọc cải thiện nhờ thiết kế ligand. Điều kiện phản ứng nhẹ nhàng hơn. Phức chất lanthanide mở hướng xúc tác xanh.
IV. Phương Pháp Nghiên Cứu Phức Chất Lanthanide
Nghiên cứu phức chất lanthanide đòi hỏi kỹ thuật chuyên biệt. Tổng hợp thực hiện trong điều kiện yếm khí nghiêm ngặt. Lanthanide nhạy với oxy và độ ẩm. Hộp găng tay khí trơ là thiết bị cần thiết. Tinh chế bằng kết tinh hoặc thăng hoa. Đặc trưng cấu trúc dùng nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Phổ NMR của phức chất lanthanide phức tạp. Tính thuận từ ảnh hưởng phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Phổ huỳnh quang đặc trưng cho thông tin cấu trúc điện tử. Phổ hồng ngoại xác định nhóm chức ligand. Phân tích nguyên tố xác nhận thành phần. Lý thuyết DFT hỗ trợ giải thích cơ chế. Tính toán năng lượng orbital HOMO-LUMO quan trọng. Hằng số bền phức đo bằng chuẩn độ phổ.
4.1. Kỹ Thuật Tổng Hợp Yếm Khí
Hộp găng tay chứa khí argon hoặc nitơ. Nồng độ oxy và nước dưới 1 ppm. Dung môi được chưng cất và khử khí kỹ. Hóa chất được bảo quản trong hộp găng tay. Thao tác chuyển dung dịch dùng ống tiêm. Kỹ thuật Schlenk bổ sung cho hộp găng tay. Tiền chất lanthanide(II) đặc biệt nhạy cảm. Phức chất lanthanide được kết tinh trong môi trường trơ.
4.2. Phương Pháp Phổ Học Đặc Trưng
Nhiễu xạ tia X xác định cấu trúc tinh thể chính xác. Số phối trí và hình học phức được xác định. Phổ NMR của Ln thuận từ cho tín hiệu dịch chuyển lớn. Phổ huỳnh quang đặc trưng cho từng ion lanthanide. Thời gian sống kích thích đo bằng phổ phân giải thời gian. Phổ hồng ngoại xác nhận sự phối trí của ligand. Phổ UV-Vis theo dõi chuyển dời electron. Phổ khối lượng xác định khối lượng phân tử.
4.3. Tính Toán Hóa Học Lượng Tử
DFT là phương pháp phổ biến cho phức chất lanthanide. Tính toán cấu trúc điện tử của ligand tự do. Năng lượng HOMO-LUMO dự đoán phản ứng. Năng lượng LUMO tuyệt đối quan trọng cho chuyển electron. Tối ưu hóa hình học phức chất. Tính toán tần số dao động so sánh với phổ IR. Phân tích orbital phân tử giải thích liên kết. Hằng số bền phức ước tính từ năng lượng tự do Gibbs.
V. Phức Chất Hóa Trị Hỗn Hợp Lanthanide
Phức chất hóa trị hỗn hợp chứa Ln(II) và Ln(III) cùng lúc. Hệ thống này có tiềm năng ứng dụng trong điện tử phân tử. Chuyển electron nội phân tử được kiểm soát là mục tiêu. Thiết kế ligand đa càng cầu nối hai tâm kim loại. Khoảng cách giữa hai ion lanthanide ảnh hưởng chuyển electron. Hằng số bền phức phải đủ cao cho cả hai trạng thái oxy hóa. Ligand hữu cơ linh hoạt cho phép điều chỉnh tính chất. Chuyển electron tự phát đã được báo cáo trước đây. Kiểm soát chuyển electron là thách thức lớn. Phức chất Sm, Eu, Yb phù hợp cho nghiên cứu hóa trị hỗn hợp. Số phối trí khác nhau của Ln(II) và Ln(III) tạo phức tạp. Beta-diketone và ligand chứa nitơ là ứng viên tốt. Nghiên cứu mở đường cho vật liệu điện tử mới.
5.1. Thách Thức Trong Tổng Hợp
Ổn định đồng thời Ln(II) và Ln(III) khó khăn. Ln(II) dễ bị oxy hóa trong điều kiện thường. Ligand phải phù hợp với cả hai trạng thái oxy hóa. Chuyển electron tự phát cần được ngăn chặn. Thiết kế ligand bất đối xứng là một giải pháp. Kiểm soát động học phản ứng quan trọng. Hằng số bền phức cân bằng cho hai tâm kim loại. Tinh chế phức chất hóa trị hỗn hợp đòi hỏi kỹ thuật cao.
5.2. Cơ Chế Chuyển Electron
Chuyển electron nội phân tử qua ligand cầu nối. Khoảng cách Ln-Ln ảnh hưởng tốc độ chuyển. Năng lượng orbital ligand quyết định khả năng truyền electron. Chuyển electron có thể kích hoạt bằng ánh sáng. Phức chất lanthanide có phổ hấp thụ đặc trưng. Trạng thái kích thích tạo điều kiện chuyển electron. Hằng số bền phức thay đổi sau chuyển electron. Nghiên cứu động học chuyển electron cần thiết.
5.3. Ứng Dụng Tiềm Năng
Phức chất hóa trị hỗn hợp là thiết bị điện tử phân tử. Chuyển electron kiểm soát tạo công tắc phân tử. Ứng dụng trong bộ nhớ phân tử mật độ cao. Tính chất từ của phức chất lanthanide đặc biệt. Vật liệu đơn phân tử nam châm tiềm năng. Phổ huỳnh quang thay đổi theo trạng thái oxy hóa. Cảm biến hóa học dựa trên chuyển electron. Kim loại đất hiếm mở hướng công nghệ mới.
VI. Triển Vọng Nghiên Cứu Ligand Lanthanide
Hóa học phối trí lanthanide đang phát triển nhanh chóng. Thiết kế ligand mới là chìa khóa cho ứng dụng. Ligand đa chức năng kết hợp nhiều nhóm phối trí. Ligand chứa nitơ và oxy tạo phức bền vững. Beta-diketone kết hợp ligand đa càng tạo hệ lai mạnh. Số phối trí cao của lanthanide cho phép ligand phức tạp. Hằng số bền phức có thể điều chỉnh qua cấu trúc ligand. Phức chất lanthanide không Cp mở rộng ứng dụng xúc tác. Nghiên cứu hóa trị hỗn hợp hướng tới điện tử phân tử. Phổ huỳnh quang ứng dụng trong sinh học và y học. Vật liệu phát quang dựa trên lanthanide có hiệu suất cao. Xúc tác lanthanide thân thiện môi trường. Kim loại đất hiếm có vai trò quan trọng trong công nghệ xanh. Nghiên cứu cơ bản tạo nền tảng cho ứng dụng.
6.1. Thiết Kế Ligand Thế Hệ Mới
Ligand đa càng với nhiều điểm phối trí khác nhau. Kết hợp nhóm chức cứng và mềm trên cùng ligand. Ligand hữu cơ có thể chức năng hóa dễ dàng. Nhóm chức phản ứng cho phép gắn vào bề mặt. Ligand phản ứng với ánh sáng tạo công tắc quang học. Thiết kế phân tử hướng mục tiêu ứng dụng cụ thể. Mô phỏng máy tính hỗ trợ thiết kế ligand. Hằng số bền phức dự đoán trước tổng hợp.
6.2. Ứng Dụng Trong Công Nghệ Cao
Vật liệu phát quang cho màn hình và chiếu sáng LED. Phức chất lanthanide trong pin mặt trời thế hệ mới. Xúc tác lanthanide cho sản xuất nhiên liệu sinh học. Cảm biến hóa học và sinh học nhạy cao. Phức chất lanthanide trong MRI cải tiến. Vật liệu từ tính cho lưu trữ dữ liệu. Điện tử phân tử dựa trên chuyển electron. Kim loại đất hiếm trong công nghệ sạch.
6.3. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai
Phức chất đa nhân lanthanide với tính chất mới. Nghiên cứu cơ chế chi tiết phản ứng xúc tác. Phát triển xúc tác bất đối xứng dựa lanthanide. Ligand sinh học tương thích cho ứng dụng y học. Phức chất lanthanide trong điều trị ung thư. Vật liệu nano dựa trên phức chất lanthanide. Kết hợp lý thuyết và thực nghiệm cho thiết kế tối ưu. Hóa học xanh với xúc tác lanthanide hiệu quả.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (303 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộCopyright by Jennifer Anne Moore 2006 The Dissertation Committee for Jennifer Anne Moore Certifies that this is the approved version of the following dissertation: Exploring New Ligand Environments for Lanthanide Coordination Chemistry Committee: Alan H.Cowley, Supervisor Richard A. Gordon Exploring New Ligand Environments for Lanthanide Coordination Chemistry by Jennifer Anne Moore, B. Dissertation Presented to the Faculty of the Graduate School of The University of Texas at Austin in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy The University of Texas at Austin May 2006 UMI Number: 3244338 UMI Microform 3244338 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved.
This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Acknowledgements First, I would like to thank Professor Alan H. I am constantly amazed by his enthusiasm for all types of chemistry and hopefully that will now include f-block chemistry.
I enjoyed his “open door policy” and whenever I had a question or idea, I would walk into his office and always be welcomed warmly thank you for all your support. Next, I want to thank all the Cowley group members that I have encountered over the last four years, I appreciate the conversation and support, I thank you, Dr. Robert Wiacek, Dr. Jeffery Pietryga, Dr.
Piyush Shukla, Silvia Filliponi, Lucy Mullins, Zheng Lu, Dr. Christopher Entwhistle, Micheal Findlater, Kalyan Vasudevan, Clint Hoberg and Dr. I wanted to thank Dr. Vince Lynch for all the help and advice.
I enjoyed his sense of humor, which never failed to make me laugh and groan at the same time. Next, I want to thank Professor Richard Jones for answering my endless questions whenever the Boss was not available and for the all the equipment I have borrowed none of which was ever broken. Thank you Professor Brad Holiday and Professor Chris Bielawski for agreeing to be on my committee. I would especially like to thank Dr.
John Gordon for all his advice, suggestions and help regarding Lanthanide chemistry you were an invaluable asset to me. Drasko Vidovic, who was my desk buddy since day one, I want to thank you for all the Reese’s Peanut Buttercups and some days I don’t think I would have made it through the day without them Next, I would like to thank Dr. Jamie Jones, little did I know that when I was recruited by her to join the Cowley group, that she would play such an instrumental role in my life and I will never to able to express how much iv she helped me. I could not ask for a better friend thank you Dr.
I also want to thank Dr. Nick Hill, for his endless patience on trying to improve my writing skills, listening to me complain and the never-ending lunches he endure at the same restaurants. Most of all I would like to thank my wonderful husband, who had to tolerate me through my graduate experience. Rondall you helped me to keep going, gave me endless encouragement and loved me no matter what.
Thank you Honey Bunny. v Exploring New Ligand Environments for Lanthanide Coordination Chemistry Publication No._____________ Jennifer Anne Moore, Ph. The University of Texas at Austin, 2006 Supervisor: Alan H. Cowley The recent surge of interest in Lanthanide (Ln) chemistry is focused on the synthesis and characterization of new families of mixed-valence Ln complexes for potential applications in electronics.
Accessing mixed-valence systems in Ln chemistry has so far been difficult due to the lack of information available on these elements in an oxidation state other than the common Ln(III) state. We are interested in devising a series of complexes that feature two discrete Ln(II) metals ions and, via controlled intramolecular electron transfer, we aim to oxidize one of the Ln(II) species to a Ln(III), thus generating a mixed-valence complex. Although intramolecular electron transfer has been reported previously for a handful of Ln complexes, the transfer was spontaneous. vi The reaction of the Ln(II) precursors (C5Me5)2Ln·OEt2 (Ln = Sm, Eu and Yb) with various 1,4-diaza 1,3-butadiene R1N=CR2–CR2=NR1 (DAD) ligands has led to the isolation of Ln(II) and Ln(III) complexes that are dependant on the nature of the R1 groups.
Furthermore, we have examined the electronic structure of the free ligand by Density Functional Theory (DFT), exploring the relationships between the size of the HOMO/LUMO gap and/or the absolute energies of the LUMO and the occurrence of electron transfer. The development of new non-cyclopentadienyl (Cp) Ln catalysts is also explored. Since the nature of the auxiliary ligands influences the reactivity of a complex, the replacement of Cp-type ligands with nitrogen-based ligands will increase the electophilicity of the metal center and permit greater control over the steric environment at the reactive site, thus allowing for the generation of a more active catalyst. One nitrogen-based ligand system of current interest is a β- diketiminate containing electron withdrawing substituents such as C6F5.
The purpose of the study is to develop a series of new Ln compounds featuring one or more β- diketiminate ligands and to investigate their catalytic activity in ethylene polymerization. vii Table of Contents CHAPTER 1: LANTHANIDE DIAZABUTADIENE COMPLEXES 1 Overall Introduction .14 Results and Discussion .74 viii General Procedures .85 Tables of X-ray Crystallographic Data .156 CHAPTER 2: A COMPUTATIONAL STUDY OF N,N'-DISUBSTITUED 1, 4 -DIAZA 1,3-BUTADIENES LIGANDS 161 Overall Introduction .161 Results and Discussion .167 HOMO/LUMO Gap .172 Molecular Orbital Pictures.179 ix Geometry of Optimized Structures .199 CHAPTER 3: LANTHANIDE β – DIKETIMINATE COMPLEXES 201 Overall Introduction .207 Results and Discussion .252 Results and Discussion .252 Summary of Polymerization Studies .262 Polymerization Studies without a co-catalyst.263 Polymerization Studies with a co-catalyst .264 Tables of X-ray Crystallographic Data .291 xi CHAPTER 1 LANTHANIDE DIAZABUTADIENE COMPLEXES INTRODUCTION Mixed valence complexes have been of interest to scientists over the last five decades due to the potential applications of these compounds, including energy conversion, new materials, better catalysts and molecular electronics.1-4 The field has seen an explosion of new mixed valence transition metal systems, allowing the isolation of complexes that features two discrete metals centers bridged by a variety of different ligand systems. These mixed-valence systems have permitted scientist to gain an understanding of the flow of electron between metal centers. However, so far lanthanide (Ln) mixed-valence systems have remained elusive.
Of particular interest in Ln mixed valence systems are discrete assemblies in which two metal centers are connected by a bridging ligand and show an electronic communication between the metal centers. Such interactions allow the possibility of delocalization of election density over fairly long distances and in the emerging field of molecular electronics, represent one of the simplest electronic building blocks, namely a molecular wire. An enhanced understanding of the mechanism of communication could potentially 1 lead to the ability of controlling oxidation states, which is essential for the development of the basic elements of molecular and quantum computing devices. Accessing mixed valence systems in Ln chemistry has so far been difficult due to the lack of information available on these elements in an oxidation state other then the common +3 state.
An objective of the present work was to devise a series of complexes that feature two discrete Ln(II) metals ions such that via controlled intramolecular electron transfer, one of the Ln (II) moieties is converted to a Ln (III), thus generating a mixed valence complex (Figure 1. L Ln2+ Ln2+ L L Ln3+ Ln2+ L controlled oxidation L = Auxiliary ligand = 'conjugated' = 'conjugated' L = Auxiliary ligand ligand system ligand system Figure 1.1 Schematic showing controlled oxidation of a Ln(II) metal to a Ln(III) metal thus generating a mixed metal complex. In particular, the present study is focused on the interaction of Ln(II) metal moieties with ligand systems that are able to oxidize the metal center with the objective of understanding and controlling this spontaneous electron transfer. Although the generality of the metal-to-ligand charge transfer process is now established for Ln(II) to Ln(III) metal conversion the fundamentally interesting, questions as to its origin are just beginning to be addressed.
In 2002 Anderson et al. reported that the ytterbocene bis-pyridine adduct [(Me5C5)Yb(py)2], (py = pyridine), is a green diamagnetic complex as expected since Yb(II) has a closed shell electronic structure.5 However, a surprising result for 2 similar stoichiometrically related complexes of decamethylytterbocene bipyridine (Me5C5)Yb(byp)2, (bpy = bipyridine) and the related decamethylytterbocene and 1,10-phenanthroline complex (Me5C5)Yb(phen)2 (phen = 1,10-phenanthroline) is that chemical and physical properties are different from those of [(Me5C5)Yb(py)2]. The (Me5C5)Yb(byp)2 and (Me5C5)Yb(phen)2 complexes are able to undergo a spontaneous electron transfer, resulting in oxidation of the metal center and consequent reduction of the ligand.5 John et al. a recently reported similar terpyridine complex of ytterbium, ((Me5C5)Yb(typ)2 (typ = terpyridine)6,7 which has similar chemical and physical properties to those reported by Anderson et al.
for (Me5C5)Yb(byp)2 and (Me5C5)Yb(phen)2, thus showing greater generality for the process shown in Scheme 1. 3 Me5 Me5 A 2 eq. N N Yb2+•OEt2 Yb2+ N Me5 Me5 Me5 Me5 N N N B Yb2+•OEt2 Yb3+ N Me5 Me5 Me5 Me5 N C N N Yb2+•OEt2 Yb3+ N Me5 Me5 Scheme 1.1 Scheme illustrating the reactions of Ln(II) complexes with (a) two equivalents pyridine (b) bipyridine (c) 1, 10-phenanthroline. The decamethylytterbocene adducts shown in B and C in Scheme 1.1 cannot be simply represented as (C5Me5)2YbIII(L-), with non-interacting Ln and ligand spins and in fact, their magnetic behavior is not fully understood.
The issue will be explored in the present study. Similar behavior has been reported for diazabutadiene DAD(R1, R2) (Figure 1.2) complexes of ytterbium and samarium. However, their chemical and physical properties have not been investigated as thoroughly as the pyridine complexes. In general, no systematic trends related to the diimine ligand structures or redox behavior have been identified that would shed light on the origin 4 of the charge-transfer process or the resulting spin interactions.
It stands to reason that in order to gain further insight into the origin of the charge-transfer process it would be necessary to undertake systematic structural variations. Anderson and co- workers have examined the effects of changing the substituents on the cyclopentadienide rings of ytterbocene complexes by investigating the magnetic moments of the resulting complexes. In the present study a series of N, N’- disubstituted 1,4-diaza- 1,3-dienes (DAD, R1, R2) (Figure 1.2) ligands will be used to probe the behavior of the Ln(II)/Ln(III) redox couples. Particular emphasis is placed on varying the R1 substituents because of the proximity of the nitrogen atoms to the Ln centers.2 N, N’-disubstituted 1,4-diaza- 1,3-butadienes (DAD, R1, R2).
Diazabutadiene ligands (DAD, R1, R2) used extensively in d- and p-block chemistry on account of their diversity of coordination modes and interesting redox properties. Significantly, less information is available for (DAD, R1, R2) complexes of the Ln elements. The known organo-Ln (DAD, R1, R2) derivatives can be classified into three types depending on the degree of the reduction of the (DAD, R1, R2) ligand (Figure 1. In the first class (a) the (DAD, R1, R2) ligands function as a neutral bis(imine) donors, while in (b) the (DAD, R1, R2) ligands exists as anion 5 radicals.
In the third class, (c) the (DAD, R1, R2) ligands are doubly reduced to a dianion. R1 R1 R1 R2 R2 R2 N N N LnM LnM LnM N N N R2 R2 R2 R1 R1 R1 a b c Figure 1.3 The three possible bonding modes for Ln diazabutadiene complexes. In terms of Ln chemistry, the previously reported diazabutadiene complexes are formed either by reaction of a neutral diazabutadiene with an organometallic Ln fragment or via metathesis reactions of diazabutadiene radical anions and/or dianions with a Ln(II) or Ln(III) halides. The first Ln diazabutadiene complex was reported by Cloke et al.8 using co-condensation of the vapors of Y0, Nd0, Sm0 and Yb0 with an excess of DAD(t-Bu, H) in heptanes.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ khám phá ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide. Nghiên cứu tổng hợp phức chất Lanthanide hỗn tạp giá, ứng dụng trong điện tử.
Luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại The University of Texas at Austin. Năm bảo vệ: 2006.
Luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" thuộc chuyên ngành Hóa học phối hợp Lanthanide. Danh mục: Hóa Lý Thuyết.
Luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" có bao nhiêu trang?
Luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" có 303 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Ligand mới cho hóa học phối hợp Lanthanide" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.