应用于环境光催化的几种新型含硫四氮杂卟啉的合成、表征和性能初探

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随着工业和社会发展,日趋严重的环境污染成为人类亟待解决的问题。科技的进步使得科学家们正积极寻求改善环境、降低污染的方法。自半个多世纪以来,科学家们发现四氮杂卟啉及其衍生物能够模拟生物氧化酶,在光照条件下催化降解水环境中难降解的有毒有机污染物。这种绿色高效的仿生光催化方法显示出了优良的应用前景,因而我们对富电子类四氮杂卟啉及其金属配合物进行了深入的研究。四氮杂卟啉(Pz)是具有紧稠大环结构和可离域的共轭π电子体系,这类化合物具有优异的物理化学性能。当Pz的外围有富电子的软原子硫时,由于p-π共轭使大环更富电子,实现电子功能的优化,进而改善其理化性质。近年来,科学家对含给电子基团硫醚取代基的Pz以及氨基取代基的Pz做了大量研究工作,但是对大环外围被给电子基团硫醚和氨基同时取代的Pz及其衍生物却未见报道。本文的工作就是将硫醚基团和氨基取代基两种基团结合起来键连到Pz大环外围,扩大大环的共轭体系,使大环体系更富电子,以期这类化合物具有优异的催化活性、独特的电子和光学性质等性能。更重要的是,未来可以进一步将目标化合物脱硒后衍生化,修饰及与过渡金属离子配位,从中发现优良的光化学催化剂。在合成过程中,除了目标物Bu3SePz外,我们还偶然得到了两种去二氢Corrolazine(Bu4Pz-N、Bu3SePz-N)和一个含亚砜基团的Pz(Bu4PzO),三者均为新的化合物,我们一并进行了翔实的表征并证实了其结构。本论文的具体研究内容概括为以下几个方面:1.以(2,3)-二(正丁硫基)马来二腈和3,4-二氰基-1,2,5-硒二唑为前躯体,通过镁模板法合成了A3B型含硫含氮含硒的2,3,7,8,12,13-六(丁硫基)-17,18-(硒二唑)四氮杂卟啉自由配体(Bu3SePz),并进行了1H-NMR、13C-NMR、IR、UV-vis、MS、荧光光谱、电化学等表征。2.纯化了一种八正丁硫基去二氢Corrolazine(Bu4Pz-N)和六(丁硫基)-(硒二唑)去二氢Corrolazine(Bu3SePz-N),并纯化得到了单亚砜基团的全对称正丁硫基Pz(Bu4PzO),并做了1H-NMR、13C-NMR、IR、UV-vis、MS和电化学表征。3.以八正丁硫基Pz(Bu4Pz)和间氯过氧化苯甲酸(m-CPBA)为原料直接制备了单亚砜基团的全对称正丁硫基Pz(Bu4PzO)和相应的锌配合物(ZnBu4PzO),并对其进行了1H-NMR、13C-NMR、UV-vis、IR等表征。4.制备了Bu3SePz相应的锌配合物(ZnBu3SePz),初步探究了光照条件下含硒Pz锌配合物(ZnBu3SePz)在水中降解RhB的性能。5.研究了Bu4PzO@Al2O3在无氧、黑暗条件下降解RhB,提出了Bu4Pz催化降解底物的一种可能机理,并进行了部分验证。
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