氰基和氰胺桥联配合物的合成和磁构关系研究

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分子基磁体在基础科学研究和实际应用方面具有重要的意义,因而得到人们广泛关注。过去十年中,各种各样短而共轭的桥联配体,如氰基、叠氮、草酸根等,被广泛用来设计和合成分子基磁性材料。其中,氰基是一种流行的线性桥联配体。由于它能够在一定程度上有效地调节金属离子之间的磁相互作用,而被广泛应用于分子基磁性材料研究中,如高温磁体、光致或电致磁性材料、自旋交叉材料、单分子磁体和单链磁体等。近年来,多齿有机配体被引入氰基金属配合物体系,可以制备修饰的多氰基(二至四氰基)金属配合物。它们作为构筑基块,有利于获得低维氰基桥联分子磁性化合物,如单分子磁体和单链磁体。本论文部分内容是利用三氰基和新型四氰基金属配合物构筑基块来合成新的低维纳米磁体。本文实现了一种合成四氰基金属配合物的新方法。我们选择了一些新的辅助配体,用以研究这类磁性配合物的结构和磁性性质。  另一方面,我们也利用其它类似桥联配体来扩展我们在分子基磁性材料中的研究。氰胺配体是叠氮离子的等电子体,具有直线型、结构短和电子高度共轭的特点。文献中,目前有关氰胺桥联磁性化合物的报道还很少,这表明在化学合成上该研究具有一定的难度。为此,本文在如何利用氰胺来桥联顺磁性过渡金属离子方面开展了一些工作,并取得了一些进展。我们也研究了氰胺离子的一些新奇反应。  本论文的主要工作如下:  1.通过将[(dbphen)FeⅡ(py)2(SCN)2](dbphen=5,6-二溴-1,10-邻菲咯林)与氰化钾在水中反应,然后通过氯气氧化,成功合成了新的四氰基金属化合物(n-Bu4N)[(dbphen)Fe(CN)4](1)。以1为构筑基块,我们获得了两个三核中性化合物[(dbphen)2Fe2(CN)8Cu(Me3tacn)]·3H2O(2)和[(dbphen)2Fe2(CN)8Ni(dabhctd)]·2H2O(3),以及一个一维链聚合物[(dbphen)2Fe2(CN)8Co(MeOH)2]n(4)。用X-射线单晶衍射方法解析了所有化合物的结构。磁性研究表明三价铁离子与二价铜、镍离子之间存在铁磁性相互作用。化合物4表现出变磁行为,其转变场为30KOe。  2.以Kl(a)ui三角架配体LCoEt作为辅助配体,与不同金属盐和不同三氰基构筑基块(n-Bu4N)[(Tp)Fe(CN)3],(n-Bu4N)[(pzTp)Fe(CN)3]和(n-Bu4N)[(Tp*)Fe(CN)3]进行反应,成功分离并用结构表征了五个中性三异金属化合物[(LCoEt)2Cu2(CN)6Fe2(Tp)2]·6H2O(5,Tp=氢化三吡唑基硼酸),[(LCoEt)2Cu2(CN)6Fe2(pzTp)2]·H2O·3 CH3OH(6,pzTp=四吡唑基硼酸),[(LCoEt)2Ni2(MeCN)2(CN)6Fe2(Tp)2]·2CH3CN·2H2O(7)[(LCoEt)2Mn2(MeCN)2(CN)6Fe2(Tp)2]·2CH3CN(8)和[(LCoEt)2Cu2(CN)6Fe2-(Tp*)2]·2H2O(9,Tp*=氢化三(3,5-二甲基吡唑基)硼酸)。化合物5-8表现为瓶状结构,而化合物9是碗状结构。磁性测量表明:三价铁离子与二价铜、镍离子之间存在铁磁性相互作用,而与二价锰离子之间存在反铁磁性相互作用。在化合物5和7中观察到了慢磁驰豫现象,交流磁化率的实部和虚部都表现出明显的频率依赖性。但在交流磁化率虚部图中没有观察到峰值。化合物6表现出变磁行为,转变场为17500Oe。  3.以1,3-二(二甲基胺基)-2-丙醇和1,3-二胺基-2-丙醇为辅助配体,可以螯合两个金属离子而与三氰基构筑基块(n-Bu4N)[(Tp)Fe(CN)3]进一步反应,我们制备了四个混合桥联的一维链聚合物:[(Tp)2Fe2(CN)6(OAc)(bdmap)Cu2(H2O)]n·2H2O(10, HOAc=乙酸),[(Tp)2Fe2(CN)6(Pa)(bdmap)Cu2(H2O)]n·2MeCN(11, HPa=丙酸),[(Tp)2Fe2(CN)6(Tfa)(bdmap)Cu2(H2O)]n·2MeCN(12,HTfa=三氟乙酸)和[(Tp)2Fe2(CN)6(OAc)(bap)Cu2(MeOH)]n·2MeOH·H2O(13),并对它们进行了结构表征。化合物10-12是具有树枝状的螺旋链结构,而化合物13表现为阶梯型一维链结构。磁性研究表明,在这些化合物中,氰基桥联的三价铁离子与二价铜之间存在铁磁性相互作用。而醇氧原子和羧酸共同桥联的二价铜离子之间存在着强度完全不同的反铁磁性相互作用,这主要是由于五配位铜离子配位构型的严重扭曲造成的。  4.以二价铜离子为顺磁中心,氰胺根或氰胺氢根为桥联配体,通过配位反应,我们得到了一个氰胺根离子以μ-1,1,3方式桥连的三核化合物[(bpy)6Cu3(NCN)](ClO4)4·H2O(14,bpy=2,2-联吡啶),两个氰胺氢根离子以不对称的μ-1,3方式桥联的双核化合物[(mebpy)4Cu2(HNCN)](ClO4)3·H2O(15,mebpy=4,4-二甲基-2,2-联吡啶)和[(phen)4Cu2(HNCN)](ClO4)3·2H2O(16,phen=1,10-邻菲咯啉),以及一个氰胺氢根离子以对称的双μ-1,3方式桥联的双核化合物[(bpy)2Cu2(HNCN)2(C lO4)2](17)。与此同时,我们还首次观察到了二吡啶甲酮配体的氰胺解反应,通过该反应获得了一个结构新颖的混合桥联六核铜化合物。磁性研究表明化合物14,17和18中,铜离子之间存在强的反铁磁性相互作用;化合物15中,铜离子之间存在中等强度的反铁磁性相互作用;而在与15很相似的化合物16中,铜离子之间却是弱的铁磁性相互作用。通过比较,我们讨论了这些化合物的磁性与结构之间的关系。
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