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有机锡化合物的合成、结构及其应用,尤其是对它们的生物活性研究越来越受到重视,而合成多种结构类型的有机锡化合物对系统地研究有机锡化合物的生物活性,深入探讨构效关系具有重要意义。
在前人工作基础上,我们对含杂原子的羧酸及硫醇配体的单核和多核有机锡衍生物的合成和表征进行了系统研究。主要工作有:
1.研究了含氧和氮原子的配体2-吡嗪羧酸与二烃基锡(Ⅳ)的反应,得到了十一种新型有机锡(Ⅳ)配合物-Me2Sn(pca)2H2O1,nBu2Sn(Pca)2HO·2H2O2,nBu2Sn(Pca)23,Ph2Sn(pca)24,(PhCH2)2Sn(pca)25,(Et3NH)+[Me2Sn(Pca)2Cl]-6,(Et3NH)+[nBu2Sn(pca)2Cl]-7,(Et3NH)+[(PhCH2)2Sn(pca)2Cl]-8,(Et3NH)+[Ph2Sn(pca)2Cl]-9,{[nBu2Sn(pca)]2O}2·H2O10和{[Ph22Sn(pca)]2O}211),并对其中九种化合物进行了结构研究。结果表明:不同的摩尔比例和不同的有机碱得到不同配位数的化合物。当R2SnCl2:Hpca:EtONa是1:2:2时,得到两个七配位的五角双锥的几何构型的化合物和三个一维链状结构的化合物。1:2:2比率的R2SnCl2:Hpca:Et3N,得到四个七配位的锡酸盐化合物。当用二烃基氧化锡时,获得两个梯子型化合物。在化合物中,配体2-吡嗪羧酸均表现为0,N-二齿配体,以羧基氧原子与锡成键,以杂环氮原子与锡弱配位。同时,广泛存在分子间的Sn…N配键相互作用。此外,还发现有机锡核上烃基的空间位阻会影响配体的配位行为。对配体配位行为的影响表现在,烃基的空间位阻越大,杂环氮原子对中心锡核的配位趋势越弱。特别地,对二烃基锡衍生物而言,位阻顺序为苯基>甲基。
2.研究了含硫和氮原子的配体4(5)-咪唑二硫代羧酸与二烃基锡(Ⅳ)的合成反应,得到了九种新型有机锡(Ⅳ)单核配合物-R2SnCl(SSCC3H3N2)(R=CH312,nBu13和C6H514),R2Sn(SSCC3H3N2)2(R=CH315,nBu16和C6H517)和R2Sn(SSCC3H2N2)(R=CH318,nBu19和C6H520)。结果表明:不同的配体摩尔比例得到不同配位数的化合物。1:1:1比率的R2SnCl2:HSSCC3H3N2:EtONa,我们获得三个单核单配体的五配位的化合物。比率是1:2:2时,得到三个单核双配体的六配位的锡的化合物。当1:1:2时,得到三个一维链状结构的化合物。在化合物中,广泛存在分子间的Sn…N弱相互作用。同时发现当EtONa和配体的摩尔比率是1:1时,4(5)-咪唑二硫代羧酸在这些反应中均表现为S,N---齿配体,以二硫代羧酸基硫原子与锡成键,以杂环氮原子与锡弱配位。当EtONa和配体的摩尔比率是2:1时,4(5)-咪唑二硫代羧酸表现为{N,S,N}三齿配体,二硫代羧酸基间位的氮原子也参与锡成键,从而使化合物形成了一维无限链状聚合物。
3.合成了两种三锡核十五员二烃基锡大环化合物[R2Sn(pca)Cl]3(R=CH321;nBu22)并对其进行结构研究。结果显示,二烃基氯化锡与含氮和氧杂原子的配体2-吡嗪羧酸在醇钠为碱1:1:1的反应中,产生了三锡核十五员二甲基锡大环化合物和二丁基锡大环化合物。配体2-吡嗪羧酸在上述反应中表现为{0,N,O}多齿配体,以去质子化态的羧基与锡成键,杂环氮原子辅助配位。羧基另一氧原子与锡原子之间存在相互作用而起到稳定大环结构的作用。值得特别指出的是,配合物内环是由来自三个桥联配体的三个氧原子构成,具备金属杂冠醚的结构特征,有一定的分子识别能力,是具有潜在应用价值的大环配体。
4.合成了一种四锡核二十八员二丁基锡大环化合物[nBu2Sn(O2CC6H4)]423并对其进行结构研究。结果显示,二丁基氧化锡与含氧配位原子的配体4-羧基苯硼酸在1:1的反应下,合成了一个四锡核二十八员大环化合物。该化合物首先是通过配体中碳硼键的断裂,锡碳形成新的化学键,然后通过缩和反应形成。这个反应使我们认识到新的合成烃基锡化合物的方法,我们可以通过特殊的方法来合成一些具有特别拓扑学价值的锡的化合物。类似于3,配合物内环是由来自四个桥联配体的四个氧原子构成,具备金属杂冠醚的结构特征,有一定的分子识别能力,是具有潜在应用价值的大环配体。
5.研究了1,3,5-苯三酸与三烃基锡(Ⅳ)氯化物的合成反应,得到了七种新型有机锡(Ⅳ)配合物-(Me3Sn)3(TMA)3CH3OH24,(Me3Sn)3(TMA)2CH3OH25,[(PhCH2)3Sn]3(TMA)26,(Ph3Sn)3(TMA)·CH2Cl227,(Ph3Sn)3(TMA)·EtOH·2H2O28,(Ph3Sn)3(TMA)·Et2O·CH2Cl229,H3TMA=1,3,5-苯三酸)和[(CH3)3Sn]2(HTMA)·H2O30并对其进行X-射线结构研究。结果显示,配体表现为多齿配体,通过控制反应条件,我们发现1,3,5-苯三酸通过完全或部分去质子是一个多变的构建金属有机化合物的配体。尽管用1:3:3比率的H3TMA:EtONa:(PhCH2)3SnCl或Ph3SnCl,我们没有获得类似于25的结构。从目前累计的数据分析,在决定分子的链状还是具体结构形式时有机锡的烷基的电子效应是一个重要的因素。另外空间位阻也是一个重要的因素。苯基和苄基的位阻大于甲基。
6.研究了1,2-二氰基乙烯-1,2-二硫醇钠与二烃基锡(Ⅳ)氯化物的合成反应,得到了六种新型有机锡(Ⅳ)配合物-Me2Sn(mnt)31,(nBu)2Sn(mnt)32,Ph2Sn(mnt)·0.5C6H633,Me2Sn(mnt)·1.5(4,4-Bipy)34,[4,4-BipyH][Me2SnCl(mnt)]35,Me2Sn(mnt)(1,10-Phenanthroline)36,并对其进行X-射线结构研究。结果显示,配体1,2-二氰基乙烯-1,2-二硫醇钠在这些反应中均表现为S,S-二齿配体,以巯基硫原子与锡成键,以杂氮原子与锡弱配位。44-联吡啶通过弱作用或者氢键可以成为一个很好的桥连配体。邻啡咯啉是一个好的形成混合配合物的配体,可以与金属原子形成稳定的五员环。此外,还发现有机锡核上烃基的空间位阻会影响配体的配位行为。对配体配位行为的影响表现在,烃基的空间位阻越大,获得高配位的化合物越难。
值得指出的是,不同的反应物比例和不同的有机碱对有机锡化合物的合成有重要的影响。它们使产物锡原子的环境呈现出不同四配位的四面体、五配位的三角双锥,六配位的八面体或七配位的五角双锥的几何构型,配体也相应的呈现为多齿的配位形式。另外,非共价键弱相互作用、氢键和π-π堆积作用的存在,使得有机锡(Ⅳ)化合物在晶格中呈现令人感兴趣的一维链状,二维平面或三维结构。同时在特定的情况下,某些结构还可以进行分子识别,完成具超分子意味的分子自组装。因此本文也稍微介绍了配位键自组装,氢键作用的自组装,离子作用的自组装,π键作用结果的自组装,从而使读者对超分子化学与金属有机化学的关联不仅有一个理性的认识,而且有一个感性的认识。