大环配合物催化的非线性化学体系设计及其应用的研究

作     者：刘婷婷 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡刚

授予年度：2015年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：非线性化学 BR振荡体系 四氮杂大环二烯镍 阿魏酸 芝麻酚 1.4-环己二酮 化学波 

摘      要：在远离平衡条件下,出现的多重定态、斑图、化学混沌,化学振荡及化学波等非线性化学现象,在近三十年的时间内,引起了相关科学工作者的关注,这种宏观有序的自组织现象,在自然界中随处可见。根据耗散结构理论,特定的自组织化学体系在一定的条件下,可以演化为时空有序结构的如化学振荡,化学波以及时空斑图。本文设计了两种新的化学振荡器：BR化学振荡器(KIO3-[NiL](ClO4)2-.丙二酸-H2SO4-H2O2)和BZ化学振荡器(溴酸盐-1.4-环己二酮-[CuL](ClO4)2-H2SO4)并利用新的振荡器检测抗氧化物、研究化学斑图。两种新的振荡器的特点就体现在催化剂四氮杂大环二烯镍([NiL](ClO4)2)和四氮杂大环二烯铜([CuL](ClO4)2)。这是一类金属配合物,其配体是以含氮杂原子的环烷(烯)烃。氮杂大环中的氮原子配位能力较强,而且是具有良好配位性能的配体。并且具有卟啉环结构类似某些生物体内金属酶,因而对于生化振荡模拟研究具有重要意义。第一绪论部分主要对几种非线性化学现象进行了介绍,对这类化学现象的研究简史、发展概况,发生条件,应用机理进行了简单描述。第二部分主要研究阿魏酸对新型BR振荡体系(KIO3-[NiL](ClO4)2-丙二酸-H2SO4-H2O2)的扰动作用。催化剂四氮杂大环二烯镍的独特结构,使其在检测天然抗氧化物、模拟生物体与抗氧化剂反应方面具有重要意义。四氮杂大环二烯镍催化的化学振荡检测物质具有高灵敏度,高选择性的优点,对阿魏酸的检测范围甚至可以达到10-8mol/L。同时我们对扰动行为的影响因素进行了分析得到一个检测阿魏酸的最佳浓度,并通过循环伏安以及根据前人的经验总结出适合本实验的机理。第三部分主要研究芝麻酚对新型BR振荡体系(KIO3-[NiL](ClO4)2-丙二酸-H2SO4-H2O2)的扰动作用,芝麻酚与传统抗氧化剂相比,被证实是优良的无毒抗氧化剂。采用铂电极和参比电极实时监测BR振荡体系电极电势变化。振荡体系的抑制时间和诱导期的影响随着着加入体系的芝麻酚的量增加而越发明显,一定浓度的范围内,可建立芝麻酚浓度与抑制时间△t之间的线性关系。同时对扰动行为的影响因素硫酸,底物丙二酸,碘酸钾,过氧化氢,催化剂的含量依次改变,探究抑制时间和振荡体系中每种组分含量的关系,进行了分析得到一个检测芝麻酚的最佳浓度,并通过循环伏安以及根据前人的经验总结出适合本实验的机理。第四部分所研究的化学振荡体系是以四氮杂大环配合物[CuL](ClO4)2为催化剂构建的溴酸盐-1.4-环己二酮-[CuL](ClO4)2-H2SO4体系,利用二苯胺(DPA)作为指示剂来研究化学波,在封闭环境下,溴酸盐-1.4-环己二酮-[CuL](ClO4)2-H2SO4体系既能够产生长时间的周期振荡,又能形成化学波,是最适合研究非线性化学现象的模型之一。这种溴酸盐-1.4-环己二酮-[CuL](ClO4)2-H2SO4体系,受光微妙的影响而且不产生沉淀和气体,对时空斑图方面的研究具有重要意义。机理解释方面做了简单的尝试。