柔性多羧酸和类卤素配位聚合物的合成、结构、磁性和发光

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近二十年来,配位聚合物一直是国内外配位化学的主要研究领域,受到多学科领域的广泛关注。配位聚合物具有丰富多彩的晶体结构,在光、电、磁、吸附、催化、传感、环保、医药等领域具有广阔的应用前景。在众多构筑配位聚合物的合成策略中,金属离子与多元羧酸、氮杂环配体和类卤素配体的自组装合成是非常有效的途径。配位聚合物的合成容易受到多种反应条件的影响,如反应温度、pH、试剂摩尔比、溶剂等,使得配合物的定向合成仍然具有很多不确定性,需要进一步探究不同合成条件对配合物结构的影响,研究配位聚合物的功能性质。本文选取柔性四元羧酸H4L1(5,5’-(1,2-phenylenebis(methoxy))diisophthalic acid)和半刚性四元羧酸H4L2(2,5-bis((4-carboxylphenyl)amino)terephthalic acid),以及类卤素配体CN-、SCN-,做为主配体,在多种氮杂环配体的辅助配位下,与不同的过渡金属离子反应,制备出十五例结构新颖的配位聚合物,重点研究了配位聚合物的晶体结构,并测试了它们在磁性、发光、热稳定性等方面的性质。一、以柔性四元羧酸H4L1为主配体,加入不同类型氮杂环配体,通过改变混合溶剂H2O/DMF的配比、反应温度和pH,在溶剂热条件下,制备出六种配位聚合物:[Zn(L10.5(bpe)0.5(H2O)]n(1),[Zn(L10.5(phen)]n·nH2O(2),[Co1.5(H2L11.5(bpmp)0.5(H2O)]n·nDMF·2nH2O(3),[Co1.5(HL1)(2,2’-bpy)]n·nH2O(4),[Ni(L10.5(bpmp)(H2O)]n·2nH2O(5),[Co2(L1)(bph)2]n·nDMF·0.5n H2O(6)。其中配合物1的结构比较新颖,金属Zn2+与L1形成一维纳米管结构,氮杂环bpe进一步连接平行排列的一维纳米管,形成三维MOF结构。配合物2、4是两个二维配位聚合物,配合物3、5、6是三维配位聚合物。磁性研究表明,配合物3和4有亚铁磁性耦合作用,而配合物6有反铁磁性耦合作用。二、选用半刚性四元羧酸H4L2为单一配体,选择三种不同的金属离子Zn2+、Cd2+、Mn2+,在相同的合成条件下,得到3个配位聚合物:[Zn4(L22(H2O)2]n·2nH2O(7),[Cd2(L2)(DMF)2(H2O)]n·2nH2O(8),[Mn2(L2)(DMF)3]n·5nH2O(9)。它们均为三维配位聚合物,配合物7、8在555 nm出现很强的荧光,配合物9为反铁磁性物质。三、选用类卤素配体CN-、SCN-,在四种氮杂环配体的辅助配位下,得到六种结构新颖的配位聚合物:[Cu8(CN)8(btmb)2]n(10),[Cu(CN)(btmb)0.5]n(11),[Cu(CN)(btmbb)0.5]n(12),[Cu2(CN)2(dpa)]n(13),[Cu2(SCN)2(bph)]n(14),[Cu(SCN)(btmb)0.5]n·nCH3CN(15)。其中配合物10和11的合成条件相似,在配合物11的合成中添加K3[Fe(CN)6]作为补充氰源,使得配合物10和11的结构明显不同,配合物10是含有八个独立Cu(I)离子的多孔二维聚合聚合物,而配合物11为梯状一维双链。配合物14为1,1,3-μ3-SCN构筑的三维配位聚合物,而配合物15为1,3-μ2-SCN构筑的二维配位聚合物。配合物10-15在270-300℃之具有很好的热稳定性,这些铜(I)配合物发生相似的荧光。
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