基于双羧酸酰化的N-酰基—水杨酰肼类金属配(聚)合物的合成结构及性质研究

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各种分立多核化合物及一维到三维的配位聚合物因其结构新颖多变,性质独特,在催化、电学、非线性光学材料、磁性材料、多孔材料、生物无机等诸多方面有着不可估量的应用前景而倍受关注。N-酰基-水杨酰胼类配体作为一类含强配位能力N、O原子,丰富氢键给体、受体及大共轭体系等结构特征的多齿配体己被广泛应用于构建各种有趣结构的多核、聚合金属化合物。本文围绕N-酰基-水杨酰肼类配体在构筑功能性化合物方面的研究热点,将对这类配体的研究范畴从目前普遍研究的单酰基-单水杨酰肼类扩展到了以多羧酸酰化水杨酰肼得到的含多个水杨酰肼基团的配体上,并将其用于组装具有各种结构和功能的配(聚)合物。我们从分别用2,6-吡啶二甲酸或手性樟脑酸与水杨酰肼进行酰化反应得到的含氮含氧多齿配体N,N’-(2,6-吡啶二甲酰基)-二水杨酰肼(H6L)和(1R,3S)-1,2,2-三甲基-3-{2-[5-(2-羟基苯基)-1,3,4-嗯二唑]}-环戊甲酸(H2L’)出发,合成了23个结构包括从分立单核,多核,环状十核、十二核,到一维、二维聚合的新颖金属化合物,对它们的结构和性质做了系统的研究。主要内容如下:1-用2,6-吡啶二甲酸酰化水杨酰肼得到的十一齿配体N,N,(2,6-吡啶二甲酰基)-二水杨酰肼(H6L)合成了八个结构各异的金属配(聚)合物,并研究了部分化合物的磁性、荧光性质采用H6L配体与过渡金属盐或铅盐合成了八个化合物:[M(H4L)(H2O)2]-2DMF [M=Mn (1), Co (2), Zn (3)], [Cd(H4L)(Py)2]-DMF-Py (4), [Co3(H4L)4(H2O)4]-2DMF-2H2O (5), [Ni4(H2L)2(Py)4]-2DMF-H2O (6), [Cu6(L)2(py)4]n (7),以及[Pb2(H5L)2(NO3)2]-2DMF (8) (py= pyridine)。在这八个化合物中,配体H6L总共表现出了六种模式来与金属离子配位,分别形成了具有相似单核结构单元的配合物1-4,中心对称混合价的三核配合物5,四核及双核的配合物6和8,以及具有六核结构单元的一维聚合物7。化合物7中的这个六核单元是目前报道的仅通过N-酰基-水杨酰肼配体自身与金属离子的连接构成的聚合物中的最高核数单元。对配合物3和4的固体荧光性质研究表明,它们的发光均归因子配体内部的π→π*电荷跃迁,而配合物8则观察不到荧光发射;对化合物7的磁学性质研究显示该化合物中Cu(Ⅱ)离子之间存在反铁磁耦合作用。2.同样利用H6L配体合成了两个具有大环结构的过渡金属化合物,研究了它们的磁性、荧光性质采用H6L配体与有机阴离子锰盐通过常规溶液法反应,得到了具有车轮状大环结构的十二核混价Mn(II)Mn(IV)化合物[MnⅡ6MnⅣ6(L)6(H2O)12] (9);通过添加桥联配体咪唑到H6L与Zn(NO3)2-6H2O的反应体系中,得到了由分立十核锌环及通过咪唑分子连接十核锌环而形成的一维链所组成的化合物[Zn10(H4L)2(H2L)4(H20)4]0.5{[Zn10(H4L)2(H2L)4(im)(Him)(H20)]-}n (10) (Him= imidazole)。这两个化合物是首次得到的非三价八面体构型金属离子的N-酰基-水杨酰肼类金属大环化合物,配体在其中表现出了三种不同于之前化合物中的配位模式。对多酰基-多水杨酰肼与单酰基-单水杨酰肼配体在构筑金属大环化合物时的共性与差异进行了分析。对化合物9的磁学性质研究显示该化合物中锰离子间存在铁磁交换作用;对化合物10的固体荧光性质测试表明其荧光发射是由配体到金属离子之间的电荷转移所导致的光致发光。3.利用H6L配体与稀土金属氯化物或硝酸盐合成了系列分立多核配合物,研究了部分配合物的磁性、荧光性质采用配体H6L与稀土金属氯化物或硝酸盐反应,得到八个配合物,分别是:具有类似双核骨架的配合物[M2(H3L)2(H2O)6]-2DMF·4H2O[M=La (11), Pr (13)],[Sm2(H3L)2(H2O)4]-2DMF-5H2O (14), [M2(H3L)2(H2O)4]-3DMF-H2O [M= Gd (15), Tb (16),Dy (17)], 和[Er2(H3L)2(H2O)4]-2CH3OH-2DMF (18),以及四核配合物[Ce4(H4L)6(DMF)2(H2O)2]-2CH3OH-4DMF-4H2O (12).这些配合物并没有呈现从轻稀土、中稀土到重稀土配合物骨架结构上的变化,而是在轻稀土的配合物中出现了双核与四核两种结构类型。配体在这些稀土配合物中又表现出了两种不同于之前化合物中的配位模式。研究了配合物13、15和17的磁学性质,它们都表现出反铁磁交换作用;对配合物14的固体荧光性质测试表明该配合物的发射光谱是受配体微扰的金属Sm(Ⅲ)离子的特征光谱。4.用手性樟脑酸酰化水杨酰肼的衍生物,六齿配体(1R,3S)-1,2,2-三甲基-3-{2-[5-(2-羟基苯基)-1,3,4-嗯二唑])-环戊甲酸(H2L’)合成了五个配位聚合物,对它们进行了圆二色谱分析,并研究了部分化合物的荧光性质采用H2L’配体与过渡金属醋酸盐反应,得到了五个配位聚合物:{[M(L’)(py)2]-DMF}n [M= Co(19), Ni(20)], [Cu(L’)(py)]n(21), [M2(L’)2(py)2]n[M= Zn(22), Cd(23)]。其中,化合物19和20通过低温溶剂热的方法得到,它们是具有一维右手螺旋链结构的化合物;通过常规溶液方法,得到了同时含有一维左手螺旋和一维右手螺旋链的化合物21,以及具有相同二维网络结构的化合物22和23,且该二维网络中同样包含有交替排列的左手和右手螺旋链。对这五个化合物进行了圆二色谱分析,确定了它们均为手性化合物,并且研究了22与23的固体荧光性质,结果表明它们的荧光发射都归属为配体内部的π→π矿电荷跃迁。
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