锰铜簇基金属有机材料的合成、结构及性质

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金属有机材料(MOMs)近几十年来发展态势极其迅猛,其数目以幂指数的形式见诸于各类报道,主要原因在于它将无机节点与有机框架通过较强的配位键结合在一起,形成了多样的迷人结构与丰富的性质,在诸多领域都有良好的应用前景。我们选取过渡金属簇作为超分子建筑块,辅之以适当的有机配体,通过调控反应条件,合成了两大系列共十一个配合物。本文对这十一个配合物的合成、结构作出详尽分析,并对部分化合物进行了磁性和荧光性能研究,主要分为以下四部分:一、简要介绍了MOMs的研究背景,对其惯用的设计策略与合成方法做出总结;对以过渡金属簇基金属-有机多面体为超分子建筑块的MOMs的自身优势与研究进展进行了陈述;对两类金属有机材料,即金属有机骨架材料与超分子配位聚合物的区别与联系做出对比分析;最后对基于M-L-M(L为单原子)连接的磁性MOMs的研究进程进行了举例说明。二、选用Mn(CH3COO)2·4H2O作为金属源,在固态NaOH的调节下,有机溶剂甲醇与DMF参与反应,原位合成了两个以金属有机立方体Mn8为超分子建筑块的三维金属有机骨架。配合物Na4Mn8(μ4-OMe)6(μ4-MeCO2)122MeCO2(1)结晶在体心立方晶系,是以罕见的多层嵌套式多面体结构Mn8O6@O24@Na8为超分子建筑块且呈现反铁磁行为的三维异金属骨架。骨架中立方体单元Mn8(μ4-OMe)6的拓扑结构为(39.46)8,氧原子首次以五配位模式出现。高温碱性条件下,有机溶剂DMF分解产生甲酸离子与铵离子,金属Mn与甲酸形成金属有机立方体作为超分子建筑块通过共面的形式形成的具有NaCl型拓扑结构的三维金属有机骨架配合物(Me4N)4Mn(HCO26(2),四甲基铵阳离子填充在3D孔道中,充当有机模板剂地同时对骨架起到一定的支撑作用。三、选用卤化铜作金属源,与直线型氮杂环有机配体异烟酸反应,通过控制不同的反应条件如反应物配比、温度、pH值以及溶剂等合成出九个以多核铜氧/卤素簇为分子建筑单元的配位聚合物[Cu5(OH)3Br3(ina)4](3),[Cu5(OH)3Cl3(ina)4](4),[Cu2-(OH)Cl(ina)2](5),[Cu3(OH)2Cl2(ina)2](6),[Cu3(OH)2Br2(ina)2](7),[Cu2Cl2(ina)2](8),[Cu2Cl(ina)2(gca)](9),[Cu(Me-Ina)2]Cu5Br7(10)和[Me-Ina(Cu2Br3)](11)。配合物(3)5是以四核与六核铜簇为超分子建筑块、异烟酸为链接子构筑而成的六边形三维金属有机骨架,磁性分析表明这些化合物具有较强的铁磁或者倾斜的反铁磁交换耦合作用;基于Cu··· X弱作用的存在,以三核铜为超分子建筑块的配合物(6)与(7)实现了从二维层状结构向三维网络结构的转变,并且呈现出铁磁性行为;配合物(8)与(9)通过Cu··· Cl弱作用以及经典与非经典氢键作用在结构方面实现了从一维带状结构向二维层状结构再到三维超分子网络结构的逐级递变,性质方面分别表现出反铁磁与顺磁性交换耦合作用;基于氢键作用,配合物(10)与(11)中的Cu(I)卤素链与烷基化的异烟酸基团最终形成超分子网络结构,而且各自具有不同的发光性能,配合物(10)中甲基化的异烟酸基团与二价铜形成了一个明轮形结构单元。该系列配合物实现了价态上Cu(II)→Cu(I,II)→Cu(I),结构方面从金属有机骨架向超分子配位聚合物,性质部分从磁性到荧光的三重转变。四、对本论文工作进行总结同时对本课题的研究前景做出展望。
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