二元羧酸金属有机配合物的合成、结构与性质

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设计合成结构新颖,性质优良的金属有机配位聚合物已经成为当今化学界的研究热点之一,这是因为其在光学、铁磁、储存分离、药物传递、生物探针、质子传导、非均相催化等领域已展现出了可观的发展前景并逐步走向工业化应用。其中二元芳香羧酸类配体被广泛用于构筑配位聚合物,不仅因其羧基的特殊角度(120o,180o)利于定向合成配合物,还因为亚甲基、醚键、羟甲基等柔性基团的引入可以丰富配合物结构和性质的多样性。因此,本文选择了以4,4’-羟甲基-二苯甲酸为代表的半刚性配体和2,5-二羟基对苯二甲酸为代表的刚性配体,与金属离子构筑配位聚合物。首先,在溶剂热的条件下,引入1,10-邻菲罗啉(phen)、2,2-联吡啶(2,2’-bipy)、4,4-联吡啶(4,4’-bipy)、苯基双咪唑(BIB)、1,4-双(1-咪唑)二甲苯(BIMB)等两种具有不同配位模式(螯合和桥联)的含N辅助配体,与过渡金属盐Cd(II)、Zn(II)和稀土金属盐Ho(Ⅲ)、Tb(Ⅲ)共合成了11例具有不同结构的金属有机配位聚合物:[Cd(HL)(phen)]n(1),[Cd(HL)·C2H5OH]n(2),{[Cd3(HL)3(4,4’-bipy)·DMF]·1.5H2O}n(3),{[Zn(HL)(BIMB)]n·3H2O}n(4),{[Zn(H2-DHBDC)0.5(phen)]·(H4-DHBDC)0.5}n(5),[Cd(H2-DHBDC)(2,2’-bipy)2]n(6),[Cd2(H2-DHBDC)2(4,4’-bipy)2]n(7),[Zn2(H2-DHBDC)(DHBDC)0.5(4,4’-bipy)1.5]n(8),[Cd2(H2-DHBDC)2(BIB)2]n(9),{[Ho(H2-DHBDC)1.5(H2O)2](H2O)}n(10),{[Tb(H2-DHBDC)1.5(phen)](H2O)}n(11),其次,利用X-射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、热重分析、紫外光谱、X-粉末衍射、荧光光谱等分析手段对配合物的晶体结构、热稳定性和光学性能进行了分析研究。具体内容如下:(1)配合物1属三斜晶系,P-1空间群,它具有两条独立的一维链状结构,其中一条是螺旋链。配合物2属单斜晶系,P2(1)/n空间群,它是二维的螺旋管网状结构,螺旋管内部Cd...Cd的单元间距离是10.768?。配合物3、4均属三斜晶系,P-1空间群,3中包含了一个近乎直线型的三核SBU:[Cd3(CO23NO],被H3L配体和4,4’-联吡啶连接成具有孔道的三维结构,孔道中填充着大量溶剂水分子和配位的DMF分子;4具有近似椭圆形的纳米管状结构,其管内部存在大量溶剂水分子。此外,配合物1-4都具有较好的热稳定性。固体荧光发射光谱表明配合物2、3具有较好的荧光性能。气体吸附测试结果表明配合物3是一种潜在的分离N2和H2的材料。(2)配合物5属于三斜晶系,P-1空间群,是由配体桥联形成的双核零维结构。配合物6属单斜晶系,C2/c空间群,具有一维“Z”字链状结构。配合物7、8均属单斜晶系,P21/c空间群,配合物7是三维结构,其中八个双核的次级结构单元被八个H2-DHBDC2-配体离子和八个4,4’-联吡啶分子连接形成了一个封闭的空间立方体;配合物8是三维结构,它包含了两种配位构型的锌离子,三维结构内存在狭窄的一维孔道。配合物9属三斜晶系,P-1空间群,Cd(II)被H2-DHBDC2-和BIB连接形成三维结构。实验发现,配合物5-9都具有较好的热稳定性。固体荧光发射光谱表明配合物7、8、9均具有较好的荧光性能。(3)配合物10、11均属于三斜晶系,P-1空间群,结构上均是两个金属中心(Ho和Tb)与配位的4个羧基构成了1个次级结构单元[Ln2(COO)2](CO22],进一步被配体H2-DHBDC2-连接成三维结构,不同的是配合物11中,邻菲罗啉分子以螯合的配位模式取代了两个配位水分子。这导致配合物11的热稳定性和荧光性均强于配合物10,固体荧光发射光谱表明配合物10、11具有较好的荧光性能。
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