配位化合物基团间的π-π重叠磁耦合机理研究

本研究将设计合成一系列以非自由基类含氮芳香杂环为配体且配位化合物基团间含有∏－∏重叠结构的新型配位化合物，对所合成的配合物进行常规性表征及晶体结构测定，并进行变温磁化率测试。根据变温磁化率的测试数据确定配合物基团间所存在的磁耦合品质（铁磁相互作用或反铁磁相互作用）和磁耦合强度。然后使用量化计算方法获得各∏－∏重叠基团中原子的电子自旋取向和自旋密度及∏－∏磁耦合强度，从而根据McCnnell机理获得相应的磁耦合机理；探索研究影响∏－∏重叠与其磁耦合品质及强度间存在的构效机理。以期为合成理想的分子基铁磁体材料及探索研究复杂体系的磁耦合机理等方面提供理论和实验指导依据。

设计合成了86个含有取代基的1,10-邻啡啰啉非自由基化合物为配体的新型配合物，研究了其中配合物间存在有pi-pi重叠相互作用的50个配合物；研究了这些配合物的pi-pi重叠相互作用的短距离接触原子上的电子自旋密度，接触距离以及磁耦合强度。尽管H. M. McCnnell 1963年提出了涉及分子间磁相互作用的强度与其电子自旋密度相关的哈密顿理论模型(H. M. McConnell, J. Chem. Phys. 1963, 39, 1910)，但目前文献所报道的影响pi-pi重叠磁耦合强度的因素时均提及其为pi-pi重叠平面间的距离或自由基中心间距离，而有关pi-pi重叠磁耦合强度与其相关电子自旋密度的关联还未见有他人文献报道。本研究项目首次提出并予以证实了pi-pi重叠磁耦合强度与其相关的电子自旋密度的这一磁-结构的依赖关系。这一研究成果也是本研究项目申请书中所述的研究目标与拟解决的关键问题。这一研究成果将对今后设计合成分子间存在有强磁耦合相互作用的体系具有非常重要的理论与实验指导意义。