苯甲胺构象行为的氟化效应研究

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氟化能够有效地改变化合物的理化性质及生物活性,从分子水平研究氟化效应有利于化合物的精确设计。精确的分子构象行为信息是研究化合物构效关系的基础,也是从本质上认识氟化效应的关键。本论文针对苯甲胺分子,采用高分辨超声喷射-傅里叶变换微波谱技术,结合理论计算,从分子水平系统地研究氟化对该类化合物的构象行为(包括空间结构、构象平衡关系及内部动力学等)的影响,深入认识氟化效应的本质,为化合物的理性设计提供重要参考。
  论文首先综述了苯胺类分子的相关研究,然后阐述氟化效应并介绍转动光谱的基本原理,最后介绍微波光谱仪的工作原理和量子理论知识。
  论文的实验部分,针对氟化效应对苯甲胺分子构象行为的影响,结合量子理论计算,采用高分辨脉冲喷射傅里叶变换微波谱仪分别研究了4-氟苯甲胺、3,4-二氟苯甲胺、2,4-二氟苯甲胺、2,6-二氟苯甲胺的转动光谱,得到了包括转动常数、14N核四极耦合常数、离心畸变常数等准确的光谱参数。由于氨基孤对电子的朝向不同使得这一系列苯甲胺分子产生了复杂的构象差异,通过理论计算与实验确定了在气相中稳定存在的构象,并解析了具有复杂核四极矩超精细结构的转动光谱。在2,4-二氟苯甲胺的分子体系中观测到由氨基的隧穿运动导致的跃迁谱线裂分,结合理论计算确定了隧穿途径及能垒。
  论文最后部分为总结与展望。从分子结构,优势构象和分子动力学等方面总结了不同个数和不同位置的氟取代对苯甲胺分子构象行为的影响。结果表明,不同位置的氟取代改变了氟代苯甲胺的构象平衡,当邻位氢被氟取代时,最稳定分子结构为氨基基本垂直于苯环平面,且氨基H朝向苯环π电子云。但氟取代间位或者对位氢时,最稳定结构倾向于N原子孤对电子朝向苯环邻位的氢形成分子内C-H···N弱氢键。同时,氟原子的吸电子效应不仅导致与其相连的C?C键长缩短了0.003~0.01(A),还将其所在的环角度增加了0.6o~2.9o。进一步可深入研究苯甲胺分子与受体的作用方式还需开展相关复合物的实验,探究其与受体之间的作用机理。
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