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Ru(II)多吡啶类的配合物在光化学、电化学、生物化学等方面有着许多优良的特性,长久以来一直是国内外科学工作者的一个研究热点。本文进一步开展了以邻菲咯啉及其衍生物为配体的Ru(II)配合物的研究。并探讨了它们的晶体结构与电子光谱性质之间的关系,通过红外光谱、1H—NMR共振谱、X—射线粉末衍射实验及TGA—DSC联用实验等对它们的结构进行了表征,同时进行了量子化学方面的计算。
采用液相合成方法合成了杂环数逐步增加的6种化合物,其中五种化合物已得到稳定的单晶:
1、[Ru(phen)3]·4H2O·DMF·2(OH),
2、[Ru(phen)2dione]·ClO4·Cl·CH3CN,
3、[Ru(phen)2dppz]·ClO4·(OH),
4、[Ru2(phen)4tpphz]·5H2O·4(OH),
5、diol·Cl·2H2O。
Ru(phen)2dpq2+的稳定的单晶结构暂时没有得到。
X—射线单晶衍射实验表明:晶体1、3、4和5都为三斜晶系,空间群为Pī,晶体2为四方晶系,空间群为I41/a。晶体1~4的中心Ru(II)离子都与来自邻菲咯啉的6个氮原子配位,构成了6配位的畸变八面体构型,并形成了三个螯合五元环。主要键长 (Ru—N)和键角 (N—Ru—N) 都在正常的范围内。晶体1~3为单核结构,晶体4为双核结构,以Ru(II)离子为两个核,以配体tpphz为桥将[Ru(phen)2]2+连接起来。从晶体的空间结构上可以发现,晶体1~4都具有螺旋结构,这是由配合物分子的特殊结构所导致的。晶体5为有机单晶,该晶体通过O—H...O,O—H...Cl,N—H...Cl分子间氢键作用,diol阳离子之间的两种面对面的π-π作用构成了稳定的层状结构。
紫外—可见光谱在无水乙醇溶液中测得,配体在400~500nm没有吸收峰,当与金属Ru配位后,配合物在这个区域内存在弱的较宽的低能量谱带吸收,归属为电子从金属跃迁到配体的Ru d(π)→L(π*)吸收,即为MTLC。与其它三种配合物相比,Ru(phen)2dppz2+与Ru2(phen)4tpphz4+在350 nm~400 nm,存在吸收峰,这个吸收峰应归宿于吩嗪的π→π*和n→π*电子吸收峰。
配合物可见光区的发射光谱为配体到金属Ru的L(π*)→Ru d(π)的发射光谱,随着配位上的配体的共轭体系和刚性的增大,配合物的L(π*)→Ru d(π)的电子发射光谱红移范围逐渐增大。
采用Gaussian03程序,以配合物的晶体结构数据位模型,3–21G标准为基组,HF (Hartree–Fock)方法从头算对化合物6个化合物,进行量子化学计算,得到相应的电子结构,通过对比,发现配位剂的电子由LUMO轨道跃迁到HOMO轨道所放出的能量值,都大于相对应的配合物的电子由LUMO轨道跃迁到HOMO轨道所放出的能量值;配合物的LUMO轨道与HOMO轨道之间的能量差规律,随着配体的共轭增大,电子从LUMO跃迁到HOMO所放出的能量逐渐降低,即波长发射波长向长波长方向移动,这些都与荧光谱图分析中的结果相一致。
红外谱图表明,当phen及其衍生物与Ru结合成配合物后,phen及其衍生物上的功能团峰具有向低波数方向蓝移的趋势。
通过对配位剂dppz、tpphz的1H—NMR核磁谱数据的分析,证明了合成结果的正确性。
对晶体5所做的X射线粉末衍射实验所得数据和单晶衍射实验所得数据进行了比较,可以看出峰位峰形吻合,由此可以说明晶体5结构的正确性。
通过TGA–DSC联用分析可以发现配合物2和3由于含有高氯酸根,当温度上升到爆炸点时发生爆炸,放出大量的热,配合物中有机部分全部燃烧掉。
配合物的电子光谱性质表明,配合物对光有较大吸收波段,可达到可见光范围,且配合物在可见光区存在发射光谱大约在580~600 nm范围,这些性质使得论文中所研究的配合物具有较大的意义的实际应用价值。