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研究生： 李俊鋒
論文名稱： 含十六族元素與過渡金屬(鉻、錳、釕)團簇化合物的合成與其反應探討及化性研究
指導教授： 謝明惠
Shieh, Ming-Huey
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2008
畢業學年度： 96
語文別： 中文
論文頁數： 148
中文關鍵詞： (鉻、錳、釕)團簇化合物
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：116  下載：0 
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    • 中文摘要
    1. Se-Ru-CuCl 系統

    以[SeRu5(CO)14]2−為起始物，與不同當量CuCl進行反應，改變反應溫度與溶劑可得一系列單銅[SeRu5(CO)14CuCl]2− 、雙銅[SeRu5(CO)14(CuCl)2]2− 與四銅[Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2]2−的新穎化合物，逐漸增大結構，進而得到最終重組性產物[Se2Ru4(CO)10Cu2Cl2]2−。
    若以[SeRu5(CO)14CuCl]2−為起始物，再加入一當量的CuCl，亦可得到四銅[Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2]2−與對稱結構[Se2Ru4(CO)10Cu2Cl2]2−，證實了結構與結構間的轉換關係；同時我們進一步利用理論計算來佐證實驗中所得到的結果。

    2. E-Cr-Mn (E = S, Se )系統

    過去本實驗室在Te-Cr-Mn系統，藉由CO的加入可以將雙三角錐化合物[PPN]2[Te2CrMn2(CO)9]轉變成金字塔型化合物[PPN]2[Te2CrMn2(CO)10]；然而在E-Cr-Mn (E = S, Se) 系統方面，有相同tbp結構的[PPN]2[E2CrMn2(CO)9] (E = S, Se)，卻無法進行類似的CO加成反應，得到類似的化合物；我們以理論計算的結果來輔助證明實驗結果。此外我們可以藉由一鍋化一步合成直接得到大量[PPN]2[Te2CrMn2(CO)9]的前驅物[PPN]2 [Te2Cr2Mn2(CO)18]，節省了大量的人力及物力。

    3. Se-Mn系統

    以[Se2Mn3(CO)9]−為主體與異核金屬Cr(CO)6以1：1的莫耳數在4M的KOH甲醇溶液下反應，隨著反應時間的加長，可依序得到水瓢狀產物[HSe2CrMn3(CO)14]2−及八面體結構化合物[Se2CrMn3(CO)12]3−；過去由於分離困難且需長時間反應，現在我們改變反應條件，可以在短時間拿到較大量的化合物，並解決了分離上的困難
    將[HSe2CrMn3(CO)14]2−與外加的Cr(CO)6在CH2Cl2溶液中加熱回流反應，可在未與-Cr(CO)5鍵結的Se接上另一個-Cr(CO)5的片段，形成一對稱結構的化合物[HSe2Cr2Mn3(CO)19]2−；[HSe2Cr2Mn3(CO)19]2−亦可藉由通入CO，在THF溶液下反應變回[HSe2CrMn3(CO)14]2−，兩者間具有轉變的機制；我們以理論計算來輔助證明其轉換機制。

    Abstract
    1. Se-Ru-CuCl system
    When [SeRu5(CO)14]2− was treat with different equiv. of CuCl under different conditions, a series of Se-Ru-CO complexes [SeRu5(CO)14CuCl]2−, [SeRu5(CO)14(CuCl)2]2− , [Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2]2−, and [Se2Ru4(CO)10Cu2Cl2]2− were isolated.
    Complexes [Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2]2− and [Se2Ru4(CO)10Cu2Cl2]2− were observed in the course of the reaction of [SeRu5(CO)14CuCl]2− with one equivalent of CuCl, proving the transformation relationship between these complexes. DFT calculations were applied to understand experimental results.

    2. E-Cr-Mn (E = S, Se ) system
    In Te-Cr-Mn system, the triangle bipyramidal [PPN]2[Te2CrMn2(CO)9] can transfer into the pyramidal [PPN]2[Te2CrMn2(CO)10] upon the CO addition, but not in E-Cr-Mn (E = S, Se) system. DFT calculations were applied to understand experimental results. Complexe [PPN]2[Te2Cr2Mn2(CO)18], precursor of [PPN]2[Te2CrMn2(CO)9], now can be synthesized in a more simple way.

    3. Se-Mn system

    The reaction of [Se2Mn3(CO)9]− with one equivalent of Cr(CO)6 under 4 M KOH/MeOH solution produced [HSe2CrMn3(CO)14]2− and octahedral [Se2CrMn3(CO)12]3−.
    Further reation of [HSe2CrMn3(CO)14]2− with Cr(CO)6 in the refluxing CH2Cl2 produced a symmetric complex [HSe2Cr2Mn3(CO)19]2−. [HSe2Cr2Mn3(CO)19]2− can reconvert back to [HSe2CrMn3(CO)14]2− upon the CO addition in THF. DFT calculations were applied to understand the experimental results.

    目錄 中文摘要................................................................................................................ І 英文摘要...................................................................................................................... III Ch 1 含十六族元素(硒)與過渡金屬釕團簇化合物的合成與其反應探討及化性研究.............................................................................................................. 1 1.1 摘要.................................................................................................................. 1 1.2 前言...................……....................................................................................... 2 1.3 結果...................……....................................................................................... 8 1.3-1 [PPh4]2[H3Ru4(CO)12] ([PPh4]2[1]) 與 [PPh4]2[SeRu5(CO)14] ([PPh4]2[2])之合成.............................................................................................................. 8 1.3-2 [PPh4]2[SeRu5(CO)14CuCl] ([PPh4]2[3])之合成. ............................................ 8 1.3-3 [PPh4]2[SeRu5(CO)14(CuCl)2] ([PPh4]2[4])之合成.......................................... 9 1.3-4 [PPh4]2[Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2] ([PPh4]2[5])之合成........................................ 10 1.3-5 [PPh4]2[Se2Ru4(CO)10Cu2Cl2] ([PPh4]2[6])之合成.......................................... 11 1.3-6 [PPh4]2[SeRu5(CO)14CuCl] ([PPh4]2[3])與CuCl加成轉換反應.................... 12 1.4 討論................................................................................................................. 13 1.4-1 [PPh4]2[SeRu5(CO)14] ([PPh4]2[2])與CuCl之反應性探討............................. 14 1.4-2 [PPh4]2[SeRu5(CO)14CuCl] ([PPh4]2[3])與CuCl之反應討論....…………... 21 1.5 結論.................................................................................................................. 23 參考資料.......................................................................................................... 30 附圖.................................................................................................................. 33 Ch 2 含十六族元素(硫、硒)過渡金屬(鉻、錳)團簇化合物的合成與其反應探討及化性研究.................................................................................................. 42 2.1 摘要................................................................…………….............................. 42 2.2 前言.................................................................................................................. 43 2.3 結果.................................................................................................................. 46 2.3-1 [Et4N]2[Te2Cr2Mn2(CO)18] ([Et4N]2[1])之合成...........................…................ 46 2.3-2 [PPN]2[S2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[2])之合成.................................................... 46 2.3-3 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])之合成...................……....................... 47 2.3-4 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])與CO之反應........................................ 48 2.4 討論.................................................................................................................. 49 2.4-1 [PPN]2[E2CrMn2(CO)9] (E = S (2), Se (3))之反應性探討............................. 49 2.4-2 [PPN]2[E2CrMn2(CO)9] (E = S (2), Se (3), Te)之磁性綜合探討................... 58 2.4-3 [PPN]2[E2CrMn2(CO)9] (E = S (2), Se (3), Te)之電化學綜合探討............... 59 2.5 結論................................................................................................................. 61 參考資料.......................................................................................................... 69 Supporting Information……………………………………………………… 72 附表.................................................................................................................. 75 附圖.................................................................................................................. 79 Ch 3 含十六族元素(硒)過渡金屬錳團簇化合物與鉻羰基化合物的合成其反應探討及化性研究.......................................................................................... 92 3.1 摘要….............................................................................................................. 92 3.2 前言.................................................................................................................. 93 3.3 結果.................................................................................................................. 96 3.3-1 [PPN]2[Se2Mn3(CO)9] ([PPN]2[1])之合成...................................................... 96 3.3-2 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN]2[2])之合成.............................................. 96 3.3-3 [TMBA]3[Se2CrMn3(CO)12]•0.5CH2Cl2 ([TMBA]3[3]•0.5CH2Cl2)之合成...................................................................................................................... 97 3.3-4 [PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN]2[4])之合成............................................. 98 3.3-5 [PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN]2[4])與CO之反應.................................. 99 3.4 討論.................................................................................................................. 100 3.4-1 [PPN]2[Se2Mn3(CO)9] ([PPN]2[1])之合成...................................................... 101 3.4-2 [Se2Mn3(CO)9]−與Cr(CO)6之反應…………………………………………. 102 3.4-3 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN]2[2])與[PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN]2[4])之轉換關係................................................................................... 107 3.4-4 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN]2[2])與[TMBA]3[Se2CrMn3(CO)12] ([TMBA]3[3])之磁性探討............................................................................... 112 3.4-5 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN]2[2])與[PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN]2[4])之電化學探討............................................................................... 113 3.5 結論.................................................................................................................. 115 參考資料.......................................................................................................... 124 Supporting Information……………………………………………………… 127 附表.................................................................................................................. 130 附圖.................................................................................................................. 135 Ch 4 結論.................................................................................................................. 148 圖目錄 圖1-1 含Pt、Pd巨大金屬團簇....................................................................... 2 圖1-2 H2的釋放與儲存反應........................................................................... 3 圖1-3 Hydrogenation反應............................................................................... 3 圖1-4 C-O鍵活化及O-H鍵活化................................................................... 4 圖1-5 [SeFe3(CO)9]2−加不同的pyridine.......................................................... 5 圖1-6 [PPh4]2[TeRu5(CO)14]與CuX (X = Cl, Br, I) 反應…........................... 6 圖1-7 [PPh4]2[SeRu5(CO)14]與CuX的反應.................................................... 7 圖1-8 化合物1及2的合成............................................................................. 8 圖1-9 化合物3的合成.................................................................................... 9 圖1-10 化合物4的合成..................................................................................... 10 圖1-11 化合物5的合成..................................................................................... 11 圖1-12 化合物6的合成..................................................................................... 12 圖1-13 化合物3外加CuCl反應關係............................................................... 13 圖1-14 化合物3的合成..................................................................................... 15 圖1-15 化合物2的HOMO及LUMO軌域貢獻圖.......................................... 15 圖1-16 化合物3的HOMO及LUMO軌域貢獻圖......................................... 17 圖1-17 化合物4的合成..................................................................................... 17 圖1-18 化合物5的合成..................................................................................... 18 圖1-19 化合物5反應路徑推測......................................................................... 19 圖1-20 化合物6的合成反應............................................................................. 20 圖1-21 所有化合物反應關係圖........................................................................ 22 圖2-1 含Mn的混金屬的單分子磁鐵…......................................................... 43 圖2-2 E-Mn (E = S, Se)化合物........................................................................ 44 圖2-3 化合物1的合成..................................................................................... 46 圖2-4 化合物2的合成..................................................................................... 47 圖2-5 化合物3的合成.................................................................................... 48 圖2-6 化合物unknown 1的合成.................................................................... 48 圖2-7 化合物2 (E = S)、3 (E = Se)的合成.................................................... 49 圖2-8 [Te2CrMn2(CO)9]2−以往的合成步驟…………………………………. 50 圖2-9 化合物1的合成.................................................................................... 51 圖2-10 化合物2、3、[Te2CrMn2(CO)9]2−與CO的反應關係............................. 52 圖2-11 化合物2 (E = S), 3 (E = Se)與[Te2CrMn2(CO)9]2−之LUMO的軌域圖............................................................................................................ 54 圖2-12 化合物2 (E = S), 3 (E = Se)與[Te2CrMn2(CO)9]2−之natural charge.... 56 圖2-13 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])之晶體結構圖............................ 63 圖3-1 含Te的混合過渡金屬團簇化合物...................................................... 94 圖3-2 混合主族及混合過渡金屬的團簇化合物............................................ 94 圖3-3 核擴大的反應........................................................................................ 95 圖3-4 metal exchange………………………………………………………... 95 圖3-5 化合物1的合成.................................................................................... 96 圖3-6 化合物2的合成.................................................................................... 97 圖3-7 化合物3的合成..................................................................................... 98 圖3-8 化合物4的合成.................................................................................... 99 圖3-9 化合物4與CO之反應......................................................................... 99 圖3-10 化合物1的合成.................................................................................... 102 圖3-11 化合物2的合成.................................................................................... 103 圖3-12 [Se2Mn3(CO)9]−的軌域貢獻圖……………………………………….. 104 圖3-13 [Se2Mn3(CO)9]−與Cr(CO)6的反應關係………………..…………….. 106 圖3-14 化合物2的HOMO及LUMO軌域貢獻圖........................................ 108 圖3-15 化合物4的合成.................................................................................... 108 圖3-16 化合物4的HOMO及LUMO軌域貢獻圖........................................ 109 圖3-17 化合物2與化合物4的轉換關係........................................................ 110 圖3-18 [Se2Mn3(CO)9]−與Cr(CO)6之反應關係圖…………………………… 112 圖3-19 [Se2CrMn3(CO)12]3− (3)之晶體結構圖…………………………...…... 116 圖3-20 [HSe2Cr2Mn3(CO)19]2− (4)之晶體結構圖………………………...….. 115 表目錄 表1-1 化合物[SeRu5(CO)14(CuCl)2]2− (4)的IR光譜值與模擬結果……….. 16 表1-2 化合物[SeRu5(CO)14(CuCl)2]2−(4)的Wiberg bond index…………….. 19 表1-3 化合物2 – 6的HOMO-LUMO energy gap比較................................. 21 表1-4 化合物[Se2Ru10(CO)28(CuCl)2]2− (5)的Wiberg bond index………….. 21 表2-1 E2CrMn2(CO)9 2− ( E = S、Se、Te )平均鍵長(Å)…………………….. 53 表2-2 化合物2 (E = S), 3 (E = Se)與[Te2CrMn2(CO)9]2−之HOMO與LUMO的原子貢獻比例表................................................................... 55 表2-3 化合物2 (E = S), 3 (E = Se)與[Te2CrMn2(CO)9]2−之natural charge… 55 表2-4 化合物2 (E = S), 3 (E = Se)與[Te2CrMn2(CO)9]2−之Wiberg bond index…………………………………………………………………... 57 表2-5 化合物2 (E = S), 3 (E = Se)與[Te2CrMn2(CO)9]2−之energy gap……. 58 表3-1 化合物[Se2Mn3(CO)9]2−(1)、[HSe2CrMn3(CO)14]2−(2)、[Se2CrMn3(CO)12]3−(3)、[HSe2Cr2Mn3(CO)19]2−(4)之平均鍵長(Å)… 100 表3-2 [Se2Mn3(CO)9]−之natural charge分布.................................................. 104 表3-3 [Se2Mn3(CO)9]−之HOMO與LUMO的原子貢獻比例表.................. 104 表3-4 化合物[HSe2CrMn3(CO)14]2−(2)之HOMO與LUMO的原子貢獻比例表........................................................................................................ 108 表3-5 化合物[HSe2Cr2Mn3(CO)19]2−(4)之HOMO與LUMO的原子貢獻比例表........................................................................................................ 110 表3-6 化合物[HSe2Cr2Mn3(CO)19]2− (4)之Wiberg bond index…………….. 111 表3-7 化合物[HSe2CrMn3(CO)14]2− (2)與[HSe2Cr2Mn3(CO)19]2− (4)之natural charge.......................................................................................... 114 附圖目錄 Ch 1 ................................................................................................................ 附圖1 [PPh4]2[SeRu5(CO)14] ([PPh4]2[2])的HOMO-LUMO軌域圖............. 33 附圖2 [PPh4]2[SeRu5(CO)14CuCl] ([PPh4]2[3])的HOMO-LUMO軌域圖............................................................................................................ 33 附圖3 [PPh4]2[SeRu5(CO)14(CuCl)2] ([PPh4]2[4])的HOMO-LUMO軌域圖............................................................................................................ 34 附圖4 [PPh4]2[Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2] ([PPh4]2[5])的HOMO-LUMO軌域圖............................................................................................................ 34 附圖5 化合物6的HOMO-LUMO軌域圖..................................................... 35 附圖6 [PPh4][H3Ru4(CO)12] ([PPh4][1])的紅外線光譜圖............................... 36 附圖7 [PPh4]2[SeRu5(CO)14] ([PPh4]2[2])的紅外線光譜圖............................ 37 附圖8 [PPh4]2[SeRu5(CO)14CuCl] ([PPh4]2[3])的紅外線光譜圖.................... 38 附圖9 [PPh4]2[SeRu5(CO)14(CuCl)2] ([PPh4]2[4])的紅外線光譜圖................ 39 附圖10 [PPh4]2[Se2Ru10(CO)28Cu4Cl2] ([PPh4]2[5])的紅外線光譜圖.............. 40 附圖11 [PPh4]2[Se2Ru4(CO)10Cu2Cl2] ([PPh4]2[6])的紅外線光譜圖................ 41 Ch 2 ………………………………………………………………………… 附圖1 [PPN]2[S2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[2])之SQUID圖................................ 79 附圖2 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])之SQUID圖............................... 80 附圖3 [S2CrMn2(CO)9]2−(2)之軌域圖………………………………………. 81 附圖4 [Se2CrMn2(CO)9]2−(3)之軌域圖……………………………………… 81 附圖5 [Te2CrMn2(CO)9]2−之軌域圖……………………………………….... 82 附圖6 [PPN]2[S2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[2])之CV圖....................................... 83 附圖7 [PPN]2[S2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[2])的DPV圖..................................... 84 附圖8 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])的CV圖..................................... 85 附圖9 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])的DPV圖.................................. 86 附圖10 [PPN]2[Te2CrMn2(CO)9]的DPV圖...................................................... 87 附圖11 [PPN]2[Te2Cr2Mn2(CO)18] ([PPN]2[1])的紅外線光譜圖...................... 88 附圖12 [PPN]2[S2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[2])的紅外線光譜圖.......................... 89 附圖13 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])的紅外線光譜圖........................ 90 附圖14 Unknown 1的紅外線光譜圖...………………………………………. 91 Ch 3 ………………………………………………………………………… 附圖1 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN]2[2])之SQUID圖.......................... 135 附圖2 [TMBA]3[Se2CrMn3(CO)12]•0.5CH2Cl2 ([TMBA]3[3]•0.5CH2Cl2)之SQUID圖...………................................................................................ 136 附圖3 [Se2Mn3(CO)9]−之HOMO-LUMO軌域圖………………………….. 137 附圖4 [HSe2CrMn3(CO)14]2− (2)之HOMO-LUMO軌域圖……..….……… 137 附圖5 [HSe2Cr2Mn3(CO)19]2− (4)之HOMO-LUM軌域圖………..………... 138 附圖6 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN4]2[2])之CV圖................................ 139 附圖7 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN4]2[2]) 之DPV圖............................ 140 附圖8 [PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN4]2[4])之CV圖.............................. 141 附圖9 [PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN4]2[4])之DPV圖............................ 142 附圖10 [PPN]2[Se2Mn3(CO)9] ([PPN4]2[1])的紅外線光譜圖........................... 143 附圖11 [PPN]2[HSe2CrMn3(CO)14] ([PPN4]2[2])的紅外線光譜圖................... 144 附圖12 [TMBA]3[Se2CrMn3(CO)12] ([TMBA]3[3])的紅外線光譜圖.............. 145 附圖13 [PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN4]2[4])的紅外線光譜圖................. 146 附圖14 [PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN4]2[4])之NMR圖.......................... 147 附表目錄 Ch 2 ……………………………………………………………………….. 附表1 化合物[PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])之單晶繞射數據表...………………………………………………………………….. 75 附表2 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9] ([PPN]2[3])之重要鍵長[Å]鍵角[°]數據表 76 附表3 [PPN]2[S2CrMn2(CO)9]9[PPN]2[2] 的磁性分析................................ 77 附表4 [PPN]2[Se2CrMn2(CO)9]9 [PPN]2[3] 的磁性分析............................. 78 Ch 3 ……………………………………………………………………….. 附表1 附表1：化合物3, 4之單晶繞射數據表...………………………… 130 附表2 化合物[TMBA]3[Se2CrMn3(CO)12] ([TMBA]3[3])重要鍵長[Å]鍵角[°]數據表.....…................................................................................ 131 附表3 化合物[PPN]2[HSe2Cr2Mn3(CO)19] ([PPN]2[4])重要鍵長[Å]鍵角[°]數據表...………………………………………………………….. 132 附表4 [PPh4]2[HSe2CrMn3(CO)14] [PPN]2[2] 的磁性分析.......................... 133 附表5 [TMBA]3[Se2CrMn3(CO)12] [TMBA]3[3] 的磁性分析..................... 134

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