冠醚-金属离子配合物的构象转化、选择性和同位素效应的理论计算研究

冠醚能够选择性分离金属离子及其同位素，为实现快速选择高效的配体结构，本文采用密度泛函理论，以乙二醇二甲醚（DME）为模型化合物，对4种冠醚(9C3、12C4、15C5、18C6)同金属离子的配位作用进行系统计算研究。结果表明，金属离子与DME的结合可降低DME构象转化的能垒，降低的程度随金属离子电荷/半径比的增加而增大。金属离子与冠醚配位的同位素效应主要由金属同位素的相对质量差和配位键的键长决定，也和冠醚的构象有关。对同一金属离子 冠醚配合物，质量大的同位素配合物自由能较低，对于7Li和6Li，找到了Li 12C4具有同位素效应最大的构象。该工作为冠醚络合金属离子的理论计算中复杂的构象问题提供了简化而适用的分类方法，有利于更准确地计算金属离子 冠醚配合物的结合能，并为快速筛选高效分离金属离子及其同位素的冠醚配体提供了重要的理论依据。