双咪唑类配位聚合物的构筑及其荧光性质研究

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近十多年来配位聚合物因具有丰富的的拓扑结构以及在荧光、吸附和分离、催化、磁性等方面的潜在应用价值而受到了人们极大的关注。近年来,含氮杂环和多羧酸混合配体与金属离子自组装成为构筑配位聚合物的有效方法。在这些体系中,双咪唑配体或多羧酸配体骨架上取代基对结构影响的研究还较少。本论文采用芳香二溴物与咪唑衍生物在微波固相法辅助下Ullmann coupling反应,得到九个双咪唑类化合物。我们选取六个含有不同咪唑衍生物、不同取代基以及不同的骨架(联苯或咔唑)的双咪唑类配体,分别与多羧酸及金属盐反应,得到一系列配位聚合物,研究了它们的热稳定性以及荧光性能等。主要结果简述如下:一、当bimb, Cd(II)盐分别与5-位含有不同取代基的间苯二甲酸衍生物5-R-1,3-H2bdc (R=H, Me, NH2, OH, NO2和HSO3)进行水热反应,分别得到6个配位聚合物:[Cd(5-R-1,3-bdc)(bimb)]n(R=H (1), R=Me (2), R=NH2(3), R=OH (4));{[Cd2(H2O)(5-NO2-1,3-bdc)2(bimb)]·2H2O}n(5);[Cd(5-SO3-1,3-Hbdc)(bimb)]n(6)。由于取代基团的空间结构以及电子效应的影响,当R=H (1), R=Me (2), R=NH2(3),R=OH (4)时,化合物1-4具有相似的柱层型三维结构;而当R=NO2时,化合物5为二重穿插(3,4)-连接的三维结构;化合物6中-SO3基团去质子化后参与配位,而未参与配位的-COOH空间体积较大并且存在较强的氢键的作用,形成不同于化合物1-4的三维柱层型结构。当bimb,过渡金属盐(Mn(II)/Co(II)/Ni(II)/Cd(II))分别与具有柔性和刚性羧酸基团的配体H3OAIP、刚性的羧酸配体H2bpdb以及V-型羧酸配体H2tpdc进行水热反应,分别得到9个配位聚合物:[Ni2(HOAIP)2(bimb)3(H2O)2]n(7);{[Cd3(OAIP)2(bimb)(H2O)2]·2H2O}n(8);[M(H2O)2(bpdb)(bimb)]n(M=Mn (9); Co(10); Ni (11); Cd (12));{[Ni3(H2O)6(tpdc)3(bimb)3]·0.5H2O}n(13);[Co2(tpdc)2(bimb)2]n(14);[Co(tpdc)(bimb)]n(15)。化合物7是三重穿插5-连接的三维结构,化合物8是(3,4,6)-连接的三维网络。化合物9-12具有类似的二维波浪状(4,4)[M4(bpdb)2(bimb)2]n网络,这些网络被配位水分子与bpdp配体的羧酸基团的氢键作用连接而成三维的超分子结构。它们的性质如该四个化合物固态荧光的最大发射波长417nm (9),397nm (10),408nm (11)和378nm (12)等存在不同,其原因可能是不同的金属离子与配位原子的价键作用不同等所致。而在化合物13-15中,V-型配体tpdc表现出不同的配位模式和几何构象如终端两苯环二面角从19.19(43)°到86.22(85)°,从而最终构筑成结构不同的三个化合物。二、bimbb, Cd(II)盐分别与1,4-H2bdc, H2bpdb,5-Me-1,3-H2bdc和H3btc进行自组装,得到5个配位聚合物:{[Cd2(1,4-bdc)2(bimbb)2]·H2O}n(16);{[Cd(1,4-bdc)(bimbb)]2·H2O}n(17);{[Cd2(bpdb)2(bimbb)(H2O)2]}n(18);[Cd2(5-Me-1,3-bdc)2(bimbb)]n(19);{[Cd3(btc)2(bimbb)(H2O)2]·2H2O}n(20)。芳香酸不同的骨架结构对其配位方式、镉/羧酸单元模式以及配体bimbb构象有很大的影响。化合物16-20中不同配位方式的羧酸配体(CA)与Cd(II)形成不同的Cd/CA单元:双核[Cd2(1,4-bdc)3]单元和双核[Cd2(1,4-bdc)4]单元(16);双核[Cd2(1,4-bdc)4]单元(17);一维折链状[Cd(bpdb)2(μ-OH2)]单元(18);四核棒状[Cd4(5-Me-1,3-bdc)8]单元(19);三核沙漏状[Cd3(btc)6(μ-OH22]单元(20),这些具有几何构型的单元被bimbb配体连接而形成五个不同拓扑结构的三维化合物。三、以联苯骨架连接氨基或硝基,或桥联基团为咔唑基团的双咪唑类化合物,分别与过渡金属Zn(II), Cd(II)盐和多种羧酸进行自组装,得到11个配位聚合物:{[Zn(1,3-bdc)(abimb)]·H2O}n(21);[Zn(5-NO2-1,3-bdc)(abimb)]n(22);[Zn(tpdc)(abimb)]n(23);[Cd(5-HO-1,3-bdc)(abimb)]n(24);{[Cd3(OAIP)2(abimb)2(H2O)3]·H2O}n(25);[Cd(abimb)I2]n(26);[Cd(dabimb)I2]n(27);[Cd(2,7-bmcz)2I2]n(28);[Cd(abimb)(1,3-bdc)]n(29);[Cd(nbimb)(1,3-bdc)]n(30);[Cd(2,7-bmcz)(1,3-bdc)]n(31)。受配体自身取代基或骨架的影响表现出不同的几何构象,该系列化合物展现不同的结构规律,如四重穿插的4-连接三维化合物21和30,具有三重平行穿插而由低维到高维化合物22,具有二重平行穿插的二维化合物23,双柱式的柱层型三维化合物24和29,双层式的柱层型三维化合物25,具有类似的一维折链并进一步被分子间氢键连接成二维化合物26或三维化合物27,具有[4,4]二维网络并被分子间氢键以及咔唑环之间π···π堆积效应连接成三维超分子化合物28以及具有三重穿插的6-连接三维化合物31。
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