1,2,4-三唑衍生物配位化合物的设计、合成及结构研究

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1,2,4-三唑衍生物配合物不仅有丰富新颖的结构而且在磁性、光学性质、吸附气体小分子等方面都有潜在的应用,其研究一直受到广泛地关注和重视,并成为当前化学研究的热点之一。本论文通过对含系列1,2,4-三唑杂环配体配合物结构和性质的研究,旨在合成具有新颖结构与功能的配合物,并在合成与结构研究的基础上,探讨配体结构与配合物结构及性能之间的关系等。通过选择合适的点、线、面桥联配体与过渡金属离子与1,2,4-三唑衍生物配体(包括4-氨基-1,2,4-三唑(atrz),4-氨基-3,5-二甲基-1,2,4-三唑(dmatrz),4-氨基-3,5-二乙基-1,2,4-三唑(deatrz),4-氨基-3,5-二丙基-1,2,4-三唑(dpatrz),1H-1,2,4三唑-3,5-二羧酸(H3dctrz),1,3-二(1,2,4-三唑)-丙烷(pbtrz)),通过常规溶液及水热法,合成表征了25个新的金属配合物,通过X-ray单晶衍射方法确定了它们的晶体结构,研究了相关配合物的磁性和荧光性质。主要包括以下几部分内容:1、得到两个非取代的1,2,4-三唑Cd, Ag的1D、3D晶体结构。配合物1,2均是由1H-1,2,4-三唑-3,5-二羧酸脱去两个羧基而得到产物,1中Cd2+通过一个μ1,2-trz与两个,u-C1-桥联延伸成一维结构;配合物2中四个Ag离子有三种连接方式且存在Ag-Ag(3.092(7)-3.364(6) A)作用,在空间通过配体μ1,2,4-trz模式连接成三维结构。2、得到3,(5)-取代-1,2,4-三唑衍生物中七个对称和三个非对称取代的衍生物配合物。其中3是4-氨基-3,5-二丙基-1,2,4-三唑脱氨反应形成3,5-二丙基-1,2,4-三唑(dptrz)的配合物,通过μ,2,4-dptrz连接{Cud4}成三维孔洞结构,经platon程序计算,其孔隙率为19.5%,孔洞体积为982.2 A3,理论上能容纳四个甲苯分子。4-9是以1H-1,2,4-三唑-3,5-二羧酸为配体的配合物,4中配体以配位模式21001001桥连Zn金属离子而5则以配位模式2011001。桥连Mn金属离子形成一维之字构型的配合物,配合物6中配体以配位模式31110001工桥连Mn金属离子形成二维片状波浪形(6,3)拓朴结构,7是本论文中惟一一个Ni金属的单核配合物,三唑配体也是采用N,O螯合配位金属离子,配位模式为10001001。配合物8中配体以N,O螯合三唑配位(配位模式21001011,)与HCOC厂桥联将两个铜金属离子连接成一维“之”字型,配合物9中配体H3dctrz以配位模式41011111,螯合Cu金属离子,其中的主族金属离子Na也参与形成二维结构,以Cu作为结点可简化为(5,3)拓朴结构。10~12是1H-1,2,4-三唑-3,5-二羧酸配体脱掉5位的羧基后形成的1H-1,2,4-三唑-3-羧酸配合物,其中10,11是Mn, Co的同构体,配位模式是N,O螯合配位金属离子,配合物12铜离子通过配体μ1,2-mctrz与羧基氧螯合,由另外一分子的N,O连接成三维不稳定的孔洞结构,经platon程序计算,其孔隙率是15.3%,其中三个溶剂水与三个配位水形成一个六元水族环,沿c轴形成一个直径约为3.9 A的管道。4-12有相似的热稳定性,相对而言稳定性比较好的是配合物6,结构在185℃以上开始坍塌。变温磁化率测定显示配合物均有弱的反铁磁作用,配合物10用近似三原子的结构模型拟合,结果与实验值相吻合,且说明通过氢键可以传递磁性。3、在十三个新合成表征的4取代-3,5-二烷基-1,2,4-三唑配合物中,点、线、面配体的成功引入实现了从零维到一,二维的转变。13~17是0D配合物,配体N3-的加入使配合物15呈现三核有别于其它四个双核配合物。13~14是通过两个配体(deatrz, dpatrz)μ1,2-trz桥联的Zn双聚体,三唑配体取代位-CH2链的不同导致了不同的结晶空间群,15~16是Cd配合物,15通两个μ1,2-trz-一个H20桥联,而16通过两个μ1,2-trz,一个μ1,1-N3-桥联,配合物17是由于配体支链顺、反异构而形成的CuI配合物。18~19是取代基不同的两个三唑(deatrz, dpatrz)的Cd金属配合物,其中18通过一个μ1,2-trz, μ1,1-N3-,μ1,3-N3-桥联成金属间等距离的一维直线构型,而19是通过两个μ1,2-trz一个μ1,1-N3-桥联成金属间不等距离的一维折线构型。20~21是在反应中引入面桥基H3P03后形成的两个同构的二维结构,其中三唑(atrz, dmatrz)采用了少见的μ1模式连接Zn离子成四面体构型与准四面体{HP03}形成二维4.8-网状结构。22~24是在反应中引入面桥基H4btec后得到的配合物,配合物22中有两个单体片段,由三个μ1,2-atrz桥联两个Zn离子的正电荷单元,一方面平衡电荷一方面填充在由μ1-atrz模式端基配位Zn由H4btec互相连接成的(6,3)六边形孔洞中,配合物23中的atrz也是以μ1-atrz模式端基配位Zn,由H4btec中的氧原子螯合配位Zn并扩展台阶型(4,4)拓朴结构。与23相比,24中配体deatrz通过两个μ1,2-trz桥联Zn金属离子形成簇环由H,btec中的氧原子螯合配位Zn并扩展网格状(4,4)拓朴结构。配合物25是配体4-氨基-3,5-二甲基-1,2,4三唑在乙腈溶液中缩合得到的4-氨基亚乙基-3,5-甲基-1,2,4-三唑(addmtrz)的铜配合物,μ1,2-addmtrz连接{Cu414}形成的均匀的网格状(4,4)拓朴结构。加入H3P03后形成配合物的热稳定性最好,结构在380℃以上坍塌,配合物荧光都来自于配体内的电子π-π*跃迁。4、得到三个1D,2D,3D的双三唑1,3-二(1H-1,2,4-三氮唑)-丙烷Mn, Co配合物。配合物26反应过程中加入了H4btec,但是未参与配位,两个pbtrz桥联两个Co离子成一维均匀链结构。27通过双三唑μ1.2,4-trz连接Mn离子成三维(4,3)拓朴结构。28是三维阳离子孔洞配合物,其中两个Mn离子由柔性配体pbtrz顺式配位成簇环,由H4btec中的氧原子螯合配位Mn并扩展窗格状(4,4)拓朴结构,platon程序计算其孔隙率为16.3%,孔洞内装有客体反离子CH3COO-和OH-离子,是潜在的阴离子交换试剂(若替换这些反离子孔隙率可达49.2%),其热稳定性较好,在低于390℃结构保持稳定,具有多孔材料方面的潜在应用价值。两个Mn配合物具有反铁磁作用。论文分析并阐述了上述配合物的合成条件与方法,研究了不同因素对配合物结构的影响以及特殊结构形成的原因,丰富了三唑配体类配合物的结构,为三唑配体定向合成和性质开发积累了有价值的科学数据。
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