论文部分内容阅读
本论文为组装手性分离材料、立体选择性分子筛和NLO材料,集中研究了含磺酸的手性配体及其配位聚合物的设计、合成和性能。主要研究内容:
一,合成了五个手性有机配体作为构筑块。
(1)用光学纯的L-苯丙氨酸和L-苯丁氨酸分别和浓硫酸反应来制备光学纯的4-磺酸-L-苯丙氨酸(H2SPA)和4-磺酸-L-苯丁氨酸(H2SAPA);
(2)用β-萘酚经偶联、溴化、醚化、和磺化反应合成了第一个rac-2,2-二甲氧基-1,1-联萘-6,6-二磺酸(H2DBD)和rac-6,6-二溴-2,2-二甲氧基-1,1-联萘-4,4-二磺酸(H2DDB);
(3)用β-萘酚经氨基化、偶联、溴化、乙酰化、和磺化反应合成了第一个rac-2,2-二乙酰氨基-1,1-联萘-5,5-二磺酸。
二,合成了五个1-D或2-D单一手性(homochiral)配位聚合物。
(1)用H2SPA作为手性构筑块,分别与Zn(OH)2和Cu(OH)2,经水热合成获得了两个水溶性的1-D手性配位聚合物[Zn(SPA)(H2O)2]n(1)、[Cu(SPA)(H2O)2]n(2)。X-ray单晶衍射结构分析表明:其中Zn或Cu原子周围的配位环境均是一个扭曲的三角双锥,配体(SPA)2-作为一个三齿桥联体连接相邻的两个Zn或Cu原子形成一维链,未参与配位的磺酸基上的氧原子与水或氨基形成很强的氢键(2.747-3.239(A)),因此,堆积成3-D超分子框架结构。
(2)用H2SPA作为手性构筑块,分别与PbCO3和Sm(ClO4)3·6H2O进行水热反应,生成了不同构型的{Pb(SPA)(H2O)]·1.5H2O}n(3)和{[Sm(HSPA)3(H2O)2]·3H2O}n(4)。X-ray单晶衍射结构分析表明:化合物(3)中Pb原子是五配位,配位原子在Pb原子周围形成一个扭曲的四方锥配位环境,配体(SpA)2-以三齿桥联体连接两个Pb原子形成一维链,未参与配位的磺酸基上的氧原子与水或氨基形成很强的氢键(2.715-3.052A),因此,堆积成3-D超分子框架结构。化合物(4)中Sm原子是八配位结构,Sm原子周围的配位环境是一个三角十二面体,配体(HSPA)1-仍保持两性离子状态,即磺酸基上的氢离子落在氨基上,配体(HSPA)1-作为一个二齿桥联体连接两个Sm原子形成一维链,未参与配位的磺酸基上的氧原子与水或氨基形成很强的氢键(2.692-2.968A),因此,堆积成3-D超分子方格,并具有一维孔洞结构。
(3)用H2SAPA作为手性构筑块,与Mn(OH)2和4,4-bpy进行水热反应生成了一个2-D手性配位聚合物[Mn(SAPA)(bpy)(H2O)]n(5)。X-ray单晶衍射结构分析表明:其中Mn原子周围的配位环境是一个扭曲的八面体。配体(SAPA)2-作为一个三齿桥联体和4,4-联吡啶作为一个二齿桥联体共同连接三个Mn原子形成二维平面结构。未参与配位的磺酸基上的氧原子与水或氨基形成强氢键(2.757-2.991A),羧基上的氧原子也与水形成很强的氢键(2.786-2.986A),因此,堆积成3-D超分子框架结构。
三,合成了一个2-D杂手性(Heterochiral)配位聚合物用rac-2,2-二乙酰胺基-1,1-联萘-5,5-二磺酸与SrCl2经原位水热合成获得了2-D杂手性配位聚合物[Sr(DCS)2(H2O)2]H2OC2H5OH(11)(DCS2-=7H-二苯并[c,g]咔唑-4,10-二磺酸阴离子)。H2DCS是一个C2-轴手性螺旋化合物,X-ray单晶衍射结构分析表明:化合物(11)中Sr原子处于两种不同的配位环境中,Sr1原子是八配位,形成一个扭曲的三角十面体;Sr2原子是七配位,形成一个扭曲的单冠八面体。配体中磺酸基分别以二齿桥连、三齿桥连和二齿螯合三齿桥连等多种方式与Sr原子配位,形成2-D层状配位聚合物,层面间通过磺酸基上的氧原子与水或乙醇形成强氢键(2.784-3.039(A),因此,堆积成3-D超分子框架结构。
四,合成了三个杂手性复配型配合物H2DBD或H2DDB分别与(phen)+Cd(OH)2一起经水热反应生成了化合物[Cd(dbd)(phen)2H2O](H2O)2(6)或[Cd(ddb)(phen)(H2O)2](8);H2DDB、2,2-bpy和Mn(OH)4经水热反应生成了化合物[Mn(ddb)(bpy)(H2O)3]2H2O(10)。X-ray单晶衍射结构分析表明:化合物(6)、(8)和(10)都是单核复配型配合物,其中Cd原子和Mn原子周围的配位环境都是扭曲的八面体,化合物(6)、(8)和(10)中磺酸基上的氧原子均能与配位水作用形成强氢键(2.654-2.847A),使配合物堆积成2-D超分子结构。
五,合成了二个杂手性配合物的盐H2DBD和H2DDB分别与(phen)+Zn(OH)2经水热反应合成了化合物[Zn(phen)2(H2O)2]2+(dbd)2-(7)和[Zn(phen)3]2+(ddb)2-(H2O)2(9)。X-ray单晶衍射结构分析表明:化合物(7)和(9)都是外界配合物。在化合物(7)中,外界配体(DBD)2-是通过磺酸基与配位水形成强氢键(2.687-2.891A)以及与内界配位已达饱和的配阳离子[Zn(phen)2]2+整体静电相吸引而结合着,(DBD)2-象三齿桥联体通过氢键与两个配阳离子[Zn(phen)2(H2O)2]2+连接,配阳离子[Zn(phen)2(H2O)2]2+则象二齿三桥联体通过氢键与三个(DBD)2-连接,因此,形成一条绞股的一维超分子链。在化合物(9)中,外界配体(DDB)2-仅仅是通过静电作用与内界配位已达饱和的配阳离子[Zn(phen)3]2+整体相吸引而结合着,属于离子缔合的性质。
六,定性估测了手性配位聚合物的SHG效应结果表明:[Zn(SPA)(H2O)2]n(1)的SHG效应比游离的配体H2SPA强得多,估计是H2SPA的8-10倍而与尿素的相当。1的这种SHG效应的增强可能是由于磺酸基能够通过氢键形成强大的超分子结构和手性的缘故。同时,磺酸基是一个增强SHG效应的好受体,另一方面,证实了氢键是增强SHG效应的给-受体或是一种连接给-受体的有效方式。粉状(S)-L-苯丙氨酸的SHG效应比H2SPA的弱,粉状配合物((S)-L-苯丙氨酸)2锌(Ⅱ)的SHG效应比化合物1要弱大约4-6倍。说明苯丙氨酸中引入磺酸基使H2SPA和化合物1的SHG效应大大增强。总之,手性配位聚合物和磺酸基的结合,展示了通过氢键形成强大的超分子聚集体和手性的可能性,表明了设计NLO材料的新策略。