具有C2手性轴的羧酸类配体构筑的配合物材料的表征与性质研究

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近年来研究表明,配位聚合物,尤其是金属有机框架化合物MOFs,作为一类新兴的功能晶态杂化材料,因其在诸多方面的潜在应用而越来越受到化学和材料学家的重视。而定向组装这样一类功能性的配合物依旧是配位化学领域的一个难点和热点。此外手性配合物,尤其是手性的多孔MOFs,由于其在不对称催化、非线性光学、分子识别和手性拆分等方面具有的潜在应用,而倍受瞩目。作为最早被发现并认识的手性拆分办法,使用外消旋手性有机配体自发结晶拆分得到纯手性的两个互为对映异构体的单晶虽然简单经济,但到目前为止被证实仅有5%-10%的外消旋体最终能够自发结晶拆分。而由外消旋配体成功自发结晶拆分得到手性配合物的比例则更低,且这种拆分方法的内部机理至今依然没有很明确的解释,因而这个领域中无论研究基础的积累,还是更深层次理论和实际应用的相关研究都还处于初级阶段,都亟待广大化学工作者的深入和广泛研究。本论文致力于探讨由外消旋配体合成功能性配合物材料及其自发拆分而组装手性MOFs这两方面的研究。因此,选取两例具有C2手性轴的有机配体,联苯类的2,2’-联吡啶-3,3’-二甲酸-1,1’二氧化物(H2bdd)和氧杂螺环类的2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二甲酸(H2tud),使用它们和过渡金属成功构筑了十六例配位聚合物,并对它们做了详细的表征和性质研究,主要的研究成果有:1.使用氧杂螺环配体2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二甲酸,选用多种过渡金属(ZnⅡ/MnⅡ/CuⅡ/PbⅡ),以及不同的柔性配体1,2-二(4-吡啶)-乙烷、1,3-二(4-吡啶)-丙烷配体或刚性配体2,5-二(4-吡啶基)-1,3,4-噻二唑、2,6-二(1,2,4-三氮唑基)吡啶作为辅助配体,自组装得到九例新型配合物1-9,并对这些配合物进行了系统的表征和性质测试。2.选用过渡金属(CuⅡ/CdⅡ),吡啶类衍生物(1,2-二(4-吡啶)-乙烷,1,3-二(4-吡啶)-丙烷,2,2’-联吡啶,1,10-菲罗啉)作为辅助配体与轴手性配体2,2’-联吡啶-3,3’-二甲酸-1,1’二氧化物,自组装得到七例配位聚合物10-16,并对它们进行了系统的表征和性质测试。3.柔性配体bpp,CuⅡ和H2bdd自组装过程中先后得到自拆分产物的手性MOFs 14,15和非手性配位聚合物16。研究表明,在该反应体系中,外消旋配体H2bdd首先在结晶过程中发生自发拆分构筑得到手性MOFs14和15,之后在反应体系中14和15共同发生单向的单晶-单晶转化,得到最终非手性的配位聚合物16。产物16还可以通过溶剂热法得到。进一步通过理论计算使用泛函密度理论对这种自拆分的手性MOFs产物到非手性配位聚合物产物之间的转化的合理性,从理论角度进行了验证并给出了一定的解释。此外,结构研究表明,在14和15中,轴手性配体的手性在结构中进行传递,3D结构中存在罕见的手性螺旋孔道,配合物吸附性能研究表明它们对C02具有很好的选择性吸附。4.而同样是柔性配体的bpa与CuⅡ和H2bdd共同构筑的MOFs9,晶体中存在六配位的八面体和五配位的四方锥两种配位空间构型的中心Cu(Ⅱ)离子,配合物中存在2D孔洞结构,孔隙率为28.8%。9对C02气体有良好的分步吸附和选择性吸附能力,吸附曲线表现出“门效应”。5.由螺环配体H2tud、柔性含氮配体bpp和CuⅡ共同构筑的MOFs 8,是2D波浪状层状结构,晶体中存在由中心对称的八面体水簇(H20)8组合而成的1D波浪状水带,2D层通过这些“水带”相互连接形成3D超分子结构。实验证明,8具有良好的SOD活性。6.另外,研究表明配合物6中羧基桥联的金属Cu(Ⅱ)离子之间存在着弱的反铁磁性耦合作用,配合物7中,双核的Cu(Ⅱ)单元之间存在着弱的铁磁性交换作用。气体吸附研究表明,12和13都对C02具有选择性吸附。此外,1,5,和12还表现出良好的荧光性质。
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