含金属配阴离子的吡啶类季铵盐的合成、结构和性能研究

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多氯合铜(Ⅱ)([CuClx]n-),马来二氰基二硫烯镍(Ⅱ)([Ni(mnt)2]2-),马来二氰基二硫烯镍(Ⅲ)([Ni(mnt)2]-),异马来二氰基二硫烯镍(Ⅱ)([Ni(i-mnt)2]2-)和异硫氰合钴(Ⅱ)([Co(NCS)4]2-)等金属配阴离子体系都是非常有用的分子材料构筑单元,在分子磁体和分子导体等设计方面具有重要意义。  本论文将取代吡啶类季铵盐阳离子引入上述几种配阴离子体系,研究了16种季铵盐配合物:[4ClBzPy]2[CuCl4](1),[4NO2BzPy]2[CuCl4](2),[BzDMAP]2[CuCl4](3),[4FBzDMAP]2[CuCl4](4),[4NO2BzDMAP]3[Cu2Cl7](5),[4NO2Bz4MePy][CuCl3](6),[2FBz2NH2Py][Ni(mnt)2](7),[4FBz2NH2Py][Ni(mnt)2](8),[2ClBz2NH2Py][Ni(mnt)2](9),[2BrBz2NH2Py][Ni(mnt)2](10),[4BrBz2NH2Py][Ni(mnth](11),[2,4-DiClBz2NH2Py][Ni-(mnt)2](12),[1NaMe2NH2Py]2[Ni(mnt)2](13),[1NaMe2NH2Py]2[Ni(i-mnt)E](14),[EtDi-Py]FNi(i-mnt)2](15),[EtDiPy][Co(NCS)4](16),其中季铵盐1~7、9~16为新合成物质(8的晶体结构已有文献简要报道),分别用元素分析、红外光谱、紫外-可见光谱和X-射线单晶衍射进行了表征,并研究了季铵盐1~9和12的磁学性质,初步构建了它们的晶体结构和磁学性能的关系。  1.季铵盐1、4、5为正交晶系,2、3、6为单斜晶系。1~4的不对称分子结构单元都是由两个季铵盐阳离子和一个[CuCl4]2-组成,其中1、2、4的结构中都有p...π和π...π作用堆积成的一维阳离子柱。2的晶体结构中存在C-H...Cu氢键,阴离子通过Cl...Cl短程作用形成二聚体。5的不对称分子结构单元由三个季铵盐阳离子和一个[Cu2Cl7]3-组成,阴离子[Cu2Cl7]3-呈现Cl-桥连的双核结构,Cu...Cu距离为3.872 A。6的不对称分子结构单元由一个季铵盐阳离子和一个[CuCl3]-组成,[CuCl3]-阴离子单元通过Cl-桥连形成一维链,链中的Cu2+以平面正方形和八面体配位构型交替排列,最近的Cu...Cu距离为3.236 A,属于聚合Cu(Ⅱ)配合物。1在2~300 K范围内呈现出铁磁耦合行为,采用Curie-Weiss定律拟合所得Weiss常数θ为3.57 K;3、4均在80~300K范围内呈现出铁磁耦合行为,Weiss常数θ分别为11.44 K和11.97 K;6在2~300 K范围内呈现出铁磁耦合行为,采用Baker方程式拟合,J为22.11 cm-1。2和5采用双核模型公式进行拟合,J值分别为-11.09 cm-1和-193.0 cm-1。  2.季铵盐7、8(150和293 K)、9和10均属于单斜晶系,11和12(150、200和298 K)均属于三斜晶系。7、9和10中的阴离子均形成了螺旋的一维交替链,最短Ni...Ni距离分别为4.021、3.971和3.963 A;而8(150和293 K)、11和12(150、200和298 K)的阴离子均形成了平行的一维交替链状结构,最短Ni...Ni距离分别为3.572、3.699、4.029、3.872、3.887和3.915 A。7、9和10阴、阳离子之间均存在着三种相似的p...π作用,9和10的阳离子之间分别通过Cl...Cl或者Br...Br短程作用形成二聚体。各温度条件下的季铵盐12阳离子之间,阴、阳离子之间均形成了规则的链状结构。季铵盐7、8、9和12均展现出典型的自旋间隙特性,7和9的相转变温度分别为260和250 K;而8和12均具有两个相转变温度,分别为235.7、10.4 K和231.7、163.7 K。  3.季铵盐13属于三斜晶系,Pi空间群;14~16均属于单斜晶系,前两者为P21/c空间群,后者为P21/n空间群。13和14是同分异构体,不对称分子结构单元均由两个阳离子和一个阴离子构成。13结构中存在一维阳离子柱,其中相邻阳离子成椅式构型,邻近[Ni(mnt)2]2-阴离子通过C...N短程作用呈梯型排列。14的同一个阳离子内部存在两个氢键,且4个N-H...N氢键使阴、阳离子之间形成二维平面结构,阴离子的Ni(Ⅱ)与中心对称的一对阳离子之间存在少见的C-H...Ni氢键。15的不对称分子结构单元由两个半个[Ni(i-mnt)2]2-阴离子和一个阳离子组成,含N(1)的阴离子通过氰基之间的π...π堆积作用形成一维链,而含N(2)的阴离子通过S...N短程作用形成二维网状结构。16的不对称分子结构单元由两个阴离子和两个阳离子组成,邻近的阴离子之间存在多个S...C和S...N短程作用,使得阴离子之间形成了二维网状结构。  
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