金属—杯芳烃配位化合物的合成与表征

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:netting_fish
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近年来,配位聚合物,由于其在气体存储、吸附、催化,传感器等方面的潜在应用,已经引起了人们越来越多的关注。而在构筑配位聚合物方面,杯芳烃及其衍生物作为一类新型有机配体,其展现的作用也是多方面的。尤其是硫杂杯芳烃,由于其特有的多个酚羟基,一个大小可调节的空腔结构,以及配位能力较强的桥连硫原子或被修饰后的磺基基团,使得硫杂杯芳烃逐步成为最受关注的多齿配体。本文中以对叔丁基硫杂杯[4]芳烃为主要配体,可以提供N原子的4,4’-联吡啶和Keggin型杂多酸——磷钼酸为辅助配体,通过不断探索和优化实验条件,最终以溶剂热法成功合成了两个基于过渡金属Co的多核配位聚合物以及一个基于稀土离子Tb3+的新型配位聚合物。并通过x射线单晶衍射,热重分析,元素分析,EDS分析和红外光谱分析等手段对该化合物进行了结构表征。同时还研究了其结构与吸附、磁性等性能之间的关系。在本论文中,通过对反应温度,反应时间,反应物加入量和溶剂等实验条件的不断探索和优化,成功制得并表征了以下三个新型配位聚合物,其中,H4TC4A=对叔丁基硫杂杯[4]芳烃,4,4’-bpy=4,4’-联吡啶,H4SC4A-SO2=磺酰基桥连杯[4]芳烃。此外,化合物(1)和(2)的最终结构中均出现了一些在原料中没有的基团——甲酸根,这些甲酸根很可能是由于DMF高温分解所产生的。1.{[Co4C1(TC4A)(HCOO)3]2(4,4’-bpy)2}该化合物属于单斜晶系,P2(1)/c空间群。晶胞参数a=24.1330(11)A,b=13.6246(6)A,c=21.4716(10)A,α=90°,β=105.5270(10)°,γ90°,晶胞体积V=6802.3(5)A3,Z=2,Dcalcd=1.249g cm-3,μ=1.167mm-1,T=293(2)K,θmax=25.00°, F(000)=2624,晶体大小:0.23×0.22×0.20mm3,reflections collected/unique:47772/11964(Rint=0.0532),final Rl=0.0611,wR2=0.1682[I>2σ(I)],GooF=1.033。化合物(1)的结构可以看作是两个平行的4,4’-联吡啶桥连两个Co4-TC4A形成的一些相互独立的Z型Co8核簇。由于该结构引入了辅助配体4,4’联吡啶,使得两个杯芳烃之间的距离被拉大了,为了研究这种结构与其性能之间的关系,对其进行了磁性测试。2.{[Co3(H2O)(SC4A-SO2)(HCOO)2]2(4,4’-bpy)}n该化合物属于三斜晶系,P-1空间群。晶胞参数a=13.5536(18)A,b=13.8804(18) A,c:18.116(2)A,α=94.116(3)°,β=98.276(3)°,γ=109.383(2)°,晶胞体积V=3155.3(7)A3,Z=1,Dcalcd=1.317g cm-3,μ=0.975mm-1,T=184(2)K,θmax=23.25°, F(000)=1286,晶体大小:0.22×0.11×0.07mm3,reflections collected/unique,25848/9042(Rint=0.0979),final R1=0.0849,wR2=0.2183[I>2a(I)],GooF=0.097。化合物(2)是以一个4,4’-联吡啶桥连[Co3-SC4A-SO2]2二聚体形成的一些锯齿型链状结构存在的。通过这些锯齿型链相互作用,堆积成了1D通道,为了研究这种结构与其性能之间的关系,对其进行了氮气吸附试验。3.{Tb[(CH3)2SO]8[SC4A-SO2][(C4H9)4NOH][PMo12O40])化合物(3)属于四方晶系,空间群为P4/ncc.晶胞参数a=19.5187(11)A,b=19.5187(11)A,c=32.842(3)A,α=β=γ=90.00°,晶胞体积V=12512.0(14)A3,Z=4,Dcalcd=1.974g cm-3,μ=2.018mm-1,T=187(2)K,θmax=23.21°,F(000)=7360,晶体大小:0.19×0.19×0.06mm3,reflections collected/unique,52801/4530(Rint=0.0683),final R1R1=0.0505,wR2=0.1428[I>20(I)],GooF=1.045。化合物(3)中每个Tb与8个DMSO中的氧原子配位,形成一个以Tb为中心,8个与之配位DMSO分子环在其周围的结构单元,并且与以锥式构象存在的[SC4A-SO2]单元,Keggin-型[PMo12O40]杂多酸单元相互堆积,得到了一个新型无机-有机杂化材料。
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