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近几十年来,基于氮杂环硫醚配体的功能配合物由于其特殊的结构,以及在催化、分子识别、磁性分子材料、光学器件等方面的潜在应用,受到了无机化学家和材料化学家的青睐。 本文的主要研究工作如下: (1)设计合成了1,3,5-三((2-烷巯基)-4-嘧啶基)苯配体L1-L3 配体L1-L3都是通过对1,3,5-三(4-(2-巯基嘧啶基))苯的巯基的烷基化反应得到,区别仅在于烷基取代基的不同。通过单晶X-射线衍射方法对L1-L3的分子结构进行了解析,发现它们具有很多共同的特点: (1)分子内的C-H…N作用使得这类分子具有准平面性。 (2)分子具有内在的平面手性,尽管在溶液中以外消旋体存在;其中L1在结晶时发生了自发拆分现象,结晶于手性空间群,而L2-L3结晶于非手性空间群。 (3) L1-L3配体的堆积结构中存在C-H…N,C-H…S以及π…π堆积等超分子作用。 (4) L1-L3溶液的紫外吸收光谱相似,说明烷基链的长短对配体的光学吸收性质无影响。 (2)基于配体L1-L3的金属配合物的合成与结构 配体L1-L3与CuX2(X=Br,Cl,NO3)、CuI以及Cd(NO3)2组装共得到了9个配合物(1)-(9):[Cu4(L1)2I4·CH3CN]n(1)、[Cu4(L2)2I4]n(2)、[CuL1Cl2·H2O]n(3)、[Cu L3Cl2·H2O]n(4)、[CuL2Cl2]n(5)、[CuL2Br2]n(6)、[CuL1Br2]n(7)、[CuL1(NO3)2]n(8)、[CdL3(NO3)2]n(9)。这些配合物具有以下的结构特征: (1)除了配合物(7)中配体L1是一个三连接桥联配体外,其余配合物中的配体L1-L3均为二连接桥联配体,剩余一个嘧啶环不参与配位。 (2)在所有的配合物中配体L1-L3在分子内C-H…N氢键作用下都保持了准平面性。 (3)尽管配体L1-L3是平面手性分子,但所有的配合物都结晶于非手性空间群,为非手性晶体,因为配体的对映异构体1∶1共存于结构中。 (4)除了配合物(7)显示为一个2D层状结构外,其余所有配合物均为1D链结构,其中配合物(1)-(2)为基于Cu4I4四聚体的一维双链结构,而配合物(3)-(6)和(8)结构相似,均为1D单链结构。在所有的1D链结构中,金属铜配合物(1)-(6)中金属原子与配体几乎共面,而镉配合物(9)不再具有这一特征,是个折叠的Z字链结构。 (5)配合物(1)-(6)显示了类似的组装层次,即先形成一维链,然后一维链通过超分子作用(比如C-H…S,S…S作用)平铺于一个平面内形成超分子二维层状结构,最后层与层之间通过处于相邻层内的不同链之间的π-π*,C-H…π或者O-H…Cl作用组装成3D超分子结构结构。 (3)基于配体L1-L3的金属铜配合物的导电性质 基于配体L1-L3的金属铜配合物紫外可见吸收光谱显示除了在200-300nm范围内配体自身的吸收外,配合物(1)-(2)在466nm处出现了MLCT引起的吸收峰;配合物(3)-(5)和(8)在600-900nm范围内显示出d-d跃迁引起的吸收,配合物(6)-(7)则同时466nm和600-900nm范围内有吸收。通过紫外可见吸收光谱吸收边可以估算出配合物(1)-(8)的光学带隙值Eg分别为1.94 eV、1.82 eV、1.10 eV、1.13 eV、1.01 eV、1.03 eV、1.06eV、1.11 eV。相较于CuI的光学带隙(3.1eV),所有配合物的光学带隙都显著降低。交流阻抗技术测试二价铜配合物(3)-(8)的电导率显示这些化合物的室温电导率处于半导体区间,但电导率随温度的变化关系并不完全符合经典半导体电导率随温度升高而增大的关系。