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以含酰胺基的吡啶类配体组装配位超分子结构的研究

葛春华  
【摘要】:配位超分子结构是金属离子与有机配体之间通过配位作用以及配体之间的弱相互作用(如氢键、芳环堆砌作用等)形成的有序无限网络结构。具有这类结构的化合物已经在功能材料和生命现象的研究及开发中显示了强大的生命力。合成预先设计的分子和晶体结构从而使之具有相应的功能,始终是配位超分子材料研究者的理想目标。要达到这样的目标就需要清楚地掌握各种因素对目的物结构的影响规律。 近年来人们应用金属的配位定向作用和结构相对简单的刚性桥联配体(如4,4’-联吡啶、聚腈、对苯二甲酸、均苯三甲酸等)已经合成组装出了许多具有“零”维、一维、二维、三维结构的配位超分子化合物。这些刚性有机配体由于配位基团比较单一,与金属联接方式(尺寸和角度)也相对固定,比较易于得到预想的结构。而具有较多作用基团和一定柔性的配体则由于其作用类型的多样和结构的易变,更易受到环境和反应条件的影响而形成多种多样的配位超分子结构。因此也更适合于研究环境和条件对配位超分子结构的影响。为此本论文在总结前人研究的基础上,通过对异烟酸和3-胺甲基吡啶的修饰(引入酰胺基、适度增加配体分子的柔性)设计、合成了五种单齿、双齿含酰胺基团的吡啶类配体:N-苯基-4-吡啶酰胺(ppca),N-(4-甲基苯基)-4-吡啶酰胺(mppca),N-(4-硝基苯基)-4-吡啶酰胺(nppca),N,N’-二(3-吡啶甲基)-1,4-苯二酰胺(bpmb),1,2-二(4-吡啶酰胺基)乙烷(bpce)。这些配体共同的特点是分子中含有易发生配位作用的吡啶氮、形成氢键的酰胺基、形成芳环堆砌的吡啶环或苯环,并且都具有一定的柔性。利用这五种配体与第一过渡系金属的二价离子合成配位超分子化合物,成功地获得了十六种配位超分子化合物的单晶并测定了它们的分子与晶体结构,比较详细地讨论了平衡阴离子、溶剂对配位超分子结构的影响和配体的柔性在合成配位超分子结构中的作用。 全文共分七章,第一章为文献综述和选题的目的、意义;第二章至第六章为本论文主要研究内容;第七章为结论。 本论文主要研究内容可分为四部分: 第一部分(第二章)为阴离子对配位超分子结构的影响:分别以 NO3一,OH一,C104一,CH3C00一等为平衡阴离子合成了配合物[Cu(ppca)2(H20): (NO3)2〕,{[CuZ(夕一OH):(ppea)2(H20);]’(CIO;),},[CuZ(夕一CH3COO), (ppca)2〕。对晶体结构的分析表明阴离子的配位能力在决定配位超分 子结构中起关键性作用。由于阴离子的配位能力不同,导致配位构型 的不同,并进一步影响氢键和芳环堆砌作用,控制最终结构。 第二部分(第三章)为溶剂对结构的影响:分别使用相同的配体 与金属盐在不同的溶剂条件下得到不同结构的配合物: [Cu(mppea)2(CH3COO)2],{【仇(夕一CH3COO)4(mppea)2〕mppea};{[CuZ(召 一CH3C00)4(nppea)2〕‘2C2H50H},{[CuZ(夕一CH3C00)4(nppea)4〕·ZDMF},虽 然在部分配合物中并没有溶剂分子的出现,但溶剂特别是水的使用对 配合物的配位构型起到了重要作用并影响到最终的结构。 第三部分(第四章、第五章)为刚、柔性不同的配体对结构的影 响:半柔性的配体bpmb与不同的第一过渡系二价金属离子均形成结构 相似的一维“Z”形链状配位聚合物{〔M(bpmb)(HZO)2(CZH5oH),]·(No3),}n (M=Zn,Cd,Co):柔性更大的配体bpce则可以有多种构象异构体,虽 然在其自身的晶体结构中表现为完全的反式构象,但在以bpce为配体 合成的配位聚合物{[Cu(bpee)2(HZO)〕‘(x)2·6HZo}。(X=N03一,BF犷,HCO3一, CI仇一)的晶体中,配体采取基本为顺式的构象与金属离子形成一维环链 状结构:而在{[Cu(bpee)2(CIO、)]‘(CIO;)}。中配体采取基本为反式的构 象与金属离子形成二维类菱形网状结构,并形成三重互穿。 第四部分(第六章),描述了文献中还比较少见的以配位能力较弱 的阴离子N岛es作为连接块形成的配位聚合物;{〔Cu(叩Pca)。(N砌(H刃)」’ N伤朋}。。在晶体结构中Cu2+采用【4+2〕配位构型,通过N氏一联接成一维 配位聚合物。 另外,对具有孔结构的部分合成的化合物晶体对溶剂水的吸附作 用进行了研究,发现配合物{[Cu(bpee)2(H刃)」‘(N 03)‘6动}。、{[Cu(bpee)2 (朋)〕‘(C1认)‘6朋}。表现出对水分子可逆的吸附作用。 上述配合物均通过氢键、芳环堆砌作用形成更为复杂的二、三维 结构。实验结果对控制各种条件以合成目标结构具有一定的参考价值。


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