柔性含芳环羧酸构筑的配位聚合物的研究

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金属-羧酸配位聚合物具有多种多样的拓扑结构类型,在光、电、磁、催化等诸多领域有着广泛的应用前景。在金属-羧酸配位聚合物的研究中,人们多选择刚性的有机配体作为构筑块,以柔性配体作为构筑块的配位聚合物的研究还较少,这是由于该类配体骨架易于发生构象改变,并可根据配位环境的变化采取多种构型,增加了此类配位聚合物结构预测的难度。然而这些特征也为它们构筑出结构新颖、性质独特的配位聚合物提供了极大的可能性。本文以柔性含芳环羧酸1,3,4-噻二唑-2,5-二硫代乙酸(H2tzda)和4,6-二甲基嘧啶2-硫代乙酸(Hdpmta)作为配体(或在有机辅助配体的存在下),采用溶剂挥发法或水热法,制备了上述配体与过渡金属或稀土金属离子的两大系列二十七个新的配位聚合物(其中两个为零维配位聚合物),并对它们的晶体结构、荧光光谱、磁学性质以及电化学性能进行了研究。首先,以1,3,4-噻二唑-2,5-二硫代乙酸(H2tzda)配体与Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)离子反应得到了两个配位聚合物1和2,而在螯合吡啶配体(2,2′-bipy或phen)的共同作用下,配体H2tzda与Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)离子反应得到了配位聚合物3~6;另外,配体H2tzda与Ca(Ⅱ)离子作用得到了一个碱土金属配聚物7。聚合物1和3~6均表现出一维链状结构,2为三维网状结构,7为二维层状结构。1,3,4-噻二唑-2,5-二硫代乙酸基团在这几个聚合物中展示了五种不同的配位模式,使得这些聚合物呈现出了不同的空间构型。对配合物2、3和5~7的荧光分析表明辅助配体的加入会对荧光性质产生较大的影响,其结构内大的共轭系统会对配合物的荧光起到增强作用。对配合物1和4的循环伏安研究结果显示:在0.6~0.4V电压范围内,两个配合物均只有一对准可逆的氧化还原峰,反应机理为2Cu2++2e(?)2Cu+,且反应过程受扩散控制。其次,以1,3,4-噻二唑-2,5-二硫代乙酸为配体,在桥联吡啶配体(4,4′-bipy或bpe)的协同作用下与过渡金属离子构筑了十个多维配位聚合物8~17。8、9和13~16均为二维层状结构,其中8和13~16的结构具有相似之处,都是通过桥联吡啶配体连接相邻的金属-tzda一维双链[M(tzda)]n而形成的二维层状结构,但由于辅助配体以及配体内柔性链扭转角的不同,它们的结构仍有一定的差异。10~12是通过4,4′-bipy连接相邻的二维层[M(tzda)]n形成的三维网状结构,有趣的是,在这些聚合物中二维层[M(tzda)]n具有形如长城的形状。17的三维结构与它们不同,它是通过bpe连接相邻的[M(tzda)]n一维链形成的,并表现为两重互穿蜂窝状结构。在这些聚合物中,1,3,4-噻二唑-2,5-二硫代乙酸根基团展示了不同于1~7的四种配位模式。对配合物8、9和13、14的荧光分析表明辅助配体4,4’-bipy或bpe的加入对配合物的荧光性质产生了较大的影响。对配合物10~12和15~17的磁性研究发现,在这些配合物中通过羧基桥联的金属离子(Ⅱ)之间都存在着弱的反铁磁性相互作用。其三,通过1,3,4-噻二唑-2,5-二硫代乙酸与稀土金属离子反应得到了六个三维配位聚合物18~23。其中,在18的结构中出现了四种晶体学独立的Ce(Ⅲ)离子,配体酸根tzda展示了四种不同的配位模式。19~23的结构相似,在这些配合物中tzda则展示了三种不同的配位模式。在18~23中tzda展示的配位模式完全不同于过渡金属聚合物中所采用的配位模式。对配合物的荧光分析表明22表现出铽的特征荧光。对配合物的磁性研究发现,在21~23中稀土离子间存在着铁磁性耦合作用。最后,以4,6-二甲基嘧啶-2-硫代乙酸(Hdpmta)为配体与金属离子作用制得了四个配合物24~27,其中24为一维链状结构,26为二维砖墙结构,25和27分别为单核和双核结构。其中,配体酸根dpmta在24中同时展示了gauche和anti两种不同的扭曲构象。荧光分析表明,它们的荧光均为受金属离子微扰的配体自身的发射,但由于参与配位的金属离子以及配合物结构本身的不同,导致了配合物具有不同的荧光强度。对27的磁性研究表明,其双核单元内两个铜离子之间呈现出较强的反铁磁超交换作用。27的循环伏安研究结果显示:在-0.4~+0.4V电压范围内,只有一对准可逆的氧化还原峰,表明双核单元内的两个铜离子是等价的,且反应过程受扩散控制。
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