双螺旋金属(II) 卟啉的结构、电子光谱及其反应活性

钟爱国 黄凌 李佰林 蒋华江 刘述斌

引用本文: 钟爱国, 黄凌, 李佰林, 蒋华江, 刘述斌. 双螺旋金属(II) 卟啉的结构、电子光谱及其反应活性[J]. 物理化学学报, 2010, 26(10): 2763-2771. doi: 10.3866/PKU.WHXB20101005 shu
Citation:  ZHONG Ai-Guo, HUANG Ling, LI Bai-Ling, JIANG Hua-Jiang, LIU Shu-Bin. Structure, Spectroscopy and Reactivity Properties of Helically Chiral Metal(II)-Bisdipyrrin Complexes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2010, 26(10): 2763-2771. doi: 10.3866/PKU.WHXB20101005 shu

双螺旋金属(II) 卟啉的结构、电子光谱及其反应活性

摘要:

由两个拓展的卟吩环键合不同的金属离子形成的卟啉结分子是生命体系中DNA 双螺旋分子最简单的金属扭结模型物, 在仿酶催化反应等方面存在广阔的应用空间. 本文选取8 个典型的二价金属离子(M(II), M=Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, Ni, Fe, Co) 与拓展卟吩结分子(1H) 形成的单金属卟啉结配合物(1M) 和双金属卟啉结配合物(2M), 用密度泛函理论(DFT) 、含时DFT 和概念DFT 等工具, 在优化构型的基础上, 通过自然键轨道(NBO) 方法和前线轨道能级研究了它们的分子结构、光谱性质和反应活性. 模拟结果显示1M、2M 的结构、光谱及其反应性质不同于其前体1H: 形成1M 和2M 金属配合物分子后, 将有较高的亲电指数和较低的化学硬度以及呈现紫外吸收峰位移; 形成2M 双金属配合物后, 绝大多数金属离子形成的2 个四配位环境的对称性较1M 体系有了提高, 同时DFT 反应指数也有显著的增强. 但2M 体系的调变能力也不尽相同: 主簇金属和含饱和电子结构离子较弱, 过渡金属离子强些, 二元描述符(dual descriptor) 结果支持了以上结论. 在这些典型的二价金属配合物中, 金属原子M 和配体原子N 之间的自然电荷分布, 金属原子M 和配体原子N 之间的二级微扰相互作用能, 配合物的前线轨道能级与其硬度指数、键的离解能与自然电荷等方面, 存在着一系列定量的相关关系, 相关系数(R2)在0.858-0.986 之间. 本研究对理解含有金属离子的重要生物物质在结构和反应性能上的差别将提供有益启示.

English

    1. [1]

      1. (a) Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L. Acc. Chem. Res., 2001, 34: 40 (b) Bart, M. N.; Suijkerbuijk, R. K. Angew. Chem. Int. Edit., 2008, 47: 7396 (c) Collman, J. P.; Fu, L. Acc. Chem. Res., 1999, 32: 455

      1. (a) Gust, D.; Moore, T. A.; Moore, A. L. Acc. Chem. Res., 2001, 34: 40 (b) Bart, M. N.; Suijkerbuijk, R. K. Angew. Chem. Int. Edit., 2008, 47: 7396 (c) Collman, J. P.; Fu, L. Acc. Chem. Res., 1999, 32: 455

    2. [2]

      2. (a) Meunier, B. Chem. Rev., 1992, 92: 1411 (b) Gust, D.; Moore, T. A.; Moore; A. L. Pure Appl. Chem., 1998, 70: 21892. (a) Meunier, B. Chem. Rev., 1992, 92: 1411 (b) Gust, D.; Moore, T. A.; Moore; A. L. Pure Appl. Chem., 1998, 70: 2189

    3. [3]

      3. (a) Sharman, W. M.; Van Lier, J. E. Drug Discovery Today, 1999, 4: 507 (b) Refael, M.; Hana, W.; Youngjae, Y. J. Phys. Chem. B, 2008, 112: 32683. (a) Sharman, W. M.; Van Lier, J. E. Drug Discovery Today, 1999, 4: 507 (b) Refael, M.; Hana, W.; Youngjae, Y. J. Phys. Chem. B, 2008, 112: 3268

    4. [4]

      4. (a) Haridas, V.; Harinder, S.; Yogesh, K.; Kashmiri, L. J. Chem. Sci., 2007, 119: 219 (b) Pushpan, S. K.; Venkatraman, S.; Anand, V. G.; Sankar, J.; Rath, H.; Chandrasheka, T. K. Proc. Indian Acad. Sci. (Chem. Sci.), 2002, 114: 3114. (a) Haridas, V.; Harinder, S.; Yogesh, K.; Kashmiri, L. J. Chem. Sci., 2007, 119: 219 (b) Pushpan, S. K.; Venkatraman, S.; Anand, V. G.; Sankar, J.; Rath, H.; Chandrasheka, T. K. Proc. Indian Acad. Sci. (Chem. Sci.), 2002, 114: 311

    5. [5]

      5. Dollphin, D. The porphyrins. NewYork: Academic Press, 1978: 2405. Dollphin, D. The porphyrins. NewYork: Academic Press, 1978: 240

    6. [6]

      6. Sessler, J. L.; Weghorn, S. J. Expanded, contracted and isomeric porphyrins. Oxford: Elsevier, 1997: 5206. Sessler, J. L.; Weghorn, S. J. Expanded, contracted and isomeric porphyrins. Oxford: Elsevier, 1997: 520

    7. [7]

      7. (a) Buchecker, C. O.; Sauvage, J. P. Angew. Chem. Int. Edit., 1989, 28: 189 (b) Buchecker, C. O.; Guilhemj, P. C.; Sauvage, J. P. Angew. Chem. Int. Edit., 1990, 29: 1154 (c) Buchecker, C. O.; Nierengarten, J. F.; Sauvage, J. P.; Armaroli, N.; Balzani, V.; Cola, L. D. J. Am. Chem. Soc., 1993, 115: 112377. (a) Buchecker, C. O.; Sauvage, J. P. Angew. Chem. Int. Edit., 1989, 28: 189 (b) Buchecker, C. O.; Guilhemj, P. C.; Sauvage, J. P. Angew. Chem. Int. Edit., 1990, 29: 1154 (c) Buchecker, C. O.; Nierengarten, J. F.; Sauvage, J. P.; Armaroli, N.; Balzani, V.; Cola, L. D. J. Am. Chem. Soc., 1993, 115: 11237

    8. [8]

      8. Vogel, E.; Bröring, M.; Fink, J.; Rosen, D.; Schmickler, H.; Lex, J.; Chan, K.; Wu, Y. D.; Plattner, D. A.; Nendel, M.; Houk, K. N. Angew. Chem. Int. Edit., 1995, 34: 25118. Vogel, E.; Bröring, M.; Fink, J.; Rosen, D.; Schmickler, H.; Lex, J.; Chan, K.; Wu, Y. D.; Plattner, D. A.; Nendel, M.; Houk, K. N. Angew. Chem. Int. Edit., 1995, 34: 2511

    9. [9]

      9. Werner, A.; Michels, M.; Zander, L.; Lex, J.; Vogel, E. Angew. Chem. Int. Edit., 1999, 38: 36509. Werner, A.; Michels, M.; Zander, L.; Lex, J.; Vogel, E. Angew. Chem. Int. Edit., 1999, 38: 3650

    10. [10]

      10. Setsune, J.; Tsukajima, A.; Okazaki, N.; Lintuluoto, J. M.; Lintuluoto, M. Angew. Chem. Int. Edit., 2009, 48: 77110. Setsune, J.; Tsukajima, A.; Okazaki, N.; Lintuluoto, J. M.; Lintuluoto, M. Angew. Chem. Int. Edit., 2009, 48: 771

    11. [11]

      11. (a) Lexander, G.; Vogel, E.; Jonathan, L. Chemical Physics, 2002, 282: 37 (b) Punnagai, M.; Hari, S. J. Mol. Struct.-Theochem, 2004, 684: 21 (c) Katsunori, N.; Kei, K.; Atsuhiro, O. J. Inorg. Biochem., 2008, 102: 466 (d) Deng, W. Y.; Qiu, W. Y. J. Mol. Struct., 2008, 875: 51511. (a) Lexander, G.; Vogel, E.; Jonathan, L. Chemical Physics, 2002, 282: 37 (b) Punnagai, M.; Hari, S. J. Mol. Struct.-Theochem, 2004, 684: 21 (c) Katsunori, N.; Kei, K.; Atsuhiro, O. J. Inorg. Biochem., 2008, 102: 466 (d) Deng, W. Y.; Qiu, W. Y. J. Mol. Struct., 2008, 875: 515

    12. [12]

      12. Amanda, J. M.;William, D. K.; Hiroshi, F.; David, P. G. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131: 804012. Amanda, J. M.;William, D. K.; Hiroshi, F.; David, P. G. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131: 8040

    13. [13]

      13. John, M.; Martin, J.; Stillman, N. K. Coord. Chem. Rev, 2007, 251: 42913. John, M.; Martin, J.; Stillman, N. K. Coord. Chem. Rev, 2007, 251: 429

    14. [14]

      14. (a) Parr, R. G.; Yang,W. T. Density functional theory of atoms and molecules. NewYork: Oxford University Press, 1989 (b) Geerlings, P.; De Proft, F.; Langenaeker, W. Chem. Rev., 2003, 103: 1793 (c) Chermette, H. J. Comput. Chem., 1999, 20: 12914. (a) Parr, R. G.; Yang,W. T. Density functional theory of atoms and molecules. NewYork: Oxford University Press, 1989 (b) Geerlings, P.; De Proft, F.; Langenaeker, W. Chem. Rev., 2003, 103: 1793 (c) Chermette, H. J. Comput. Chem., 1999, 20: 129

    15. [15]

      15. (a) Rong, C. Y.; Lian, S. X.; Yin, D. L.; Zhong, A. G.; Zhang, R. Q.; Liu, S. B. Chem. Phys. Lett., 2007, 434: 149 (b) Xia, Y.; Yin, D. L.; Rong, C. Y.; Xu, Q.; Yin, D. H.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 997015. (a) Rong, C. Y.; Lian, S. X.; Yin, D. L.; Zhong, A. G.; Zhang, R. Q.; Liu, S. B. Chem. Phys. Lett., 2007, 434: 149 (b) Xia, Y.; Yin, D. L.; Rong, C. Y.; Xu, Q.; Yin, D. H.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 9970

    16. [16]

      16. (a) Parr, R. G.; Szentpaly, L. V.; Liu, S. B. J. Am. Chem. Soc., 1999, 105: 1922 (b) Liu, S. B.; Parr, R. G. J. Chem. Phys., 1997, 106: 557816. (a) Parr, R. G.; Szentpaly, L. V.; Liu, S. B. J. Am. Chem. Soc., 1999, 105: 1922 (b) Liu, S. B.; Parr, R. G. J. Chem. Phys., 1997, 106: 5578

    17. [17]

      17. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys., 1934, 2: 78217. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys., 1934, 2: 782

    18. [18]

      18. Pearson, R. G. J. Am. Chem. Soc., 1963, 85: 353318. Pearson, R. G. J. Am. Chem. Soc., 1963, 85: 3533

    19. [19]

      19. Liu, S. B.; vind, N. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 669019. Liu, S. B.; vind, N. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 6690

    20. [20]

      20. Liu, S. B. Electrophilicity//Chattaraj, P. K. Chemical reactivity theory: a density functional theory view. London: Taylor& Francis Group, 200920. Liu, S. B. Electrophilicity//Chattaraj, P. K. Chemical reactivity theory: a density functional theory view. London: Taylor& Francis Group, 2009

    21. [21]

      21. Zhang, J.; Hu, S. Q.; Wang, Y.; Guo, W. Y.; Liu, J. X.; You, L. Acta Chimica Sinica, 2008, 66: 2469 [张军,胡松青,王勇, 郭文跃,刘金祥, 尤龙.化学学报, 2008, 66: 2469]21. Zhang, J.; Hu, S. Q.; Wang, Y.; Guo, W. Y.; Liu, J. X.; You, L. Acta Chimica Sinica, 2008, 66: 2469 [张军,胡松青,王勇, 郭文跃,刘金祥, 尤龙.化学学报, 2008, 66: 2469]

    22. [22]

      22. Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin., 2009, 25: 590 [刘述斌.物理 化学学报, 2009, 25: 590]22. Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin., 2009, 25: 590 [刘述斌.物理 化学学报, 2009, 25: 590]

    23. [23]

      23. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel. H. B.; et al. Gaussian 03 Revision D.02. Pittsburgh, PA: Gaussian Inc., 200323. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel. H. B.; et al. Gaussian 03 Revision D.02. Pittsburgh, PA: Gaussian Inc., 2003

    24. [24]

      24. Huang, Y.; Zhong, A. G.; Rong, C. Y.; Xiao, X. M.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 30524. Huang, Y.; Zhong, A. G.; Rong, C. Y.; Xiao, X. M.; Liu, S. B. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 305

    25. [25]

      25. Zhong, A. G.; Wu, J. Y.; Yan, H.; Jin, Y. X.; Dai, G. L.; Jiang, H. J.; Pan, F. Y.; Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin., 2009, 24: 1367 [钟爱国,吴俊勇, 闫华, 金燕仙,戴国梁,蒋华江, 潘富友,刘述 斌. 物理化学学报, 2009, 24: 1367]

      25. Zhong, A. G.; Wu, J. Y.; Yan, H.; Jin, Y. X.; Dai, G. L.; Jiang, H. J.; Pan, F. Y.; Liu, S. B. Acta Phys. -Chim. Sin., 2009, 24: 1367 [钟爱国,吴俊勇, 闫华, 金燕仙,戴国梁,蒋华江, 潘富友,刘述 斌. 物理化学学报, 2009, 24: 1367]

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1559
  • 文章访问数:  4760
  • HTML全文浏览量:  205
文章相关
  • 发布日期:  2010-09-27
  • 收稿日期:  2010-06-10
  • 网络出版日期:  2010-09-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章