田 源,郭擁莉,劉 冷,何 婧,陳勇強(qiáng),姚姝莉,程朝霞
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混合配體構(gòu)筑的Cd2+配合物的合成及其晶體結(jié)構(gòu)
田 源,郭擁莉,劉 冷,何 婧,陳勇強(qiáng)*,姚姝莉,程朝霞
(晉中學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,山西 晉中 030619)
通過(guò)溶劑熱技術(shù),制得一種新型的Cd2+配合物[Cd(L)2(ba)2]2(1,L=4′-(4-甲基苯)-4,2′:6′,4″-三聯(lián)吡啶,Hba=苯甲酸),其結(jié)構(gòu)經(jīng)IR,元素分析和單晶射線衍射表征。1屬單斜晶系,空間群為P21/c,晶胞參數(shù)a=1.095 5(2) nm,b=1.404 1(3) nm,c=3.045 5(8) nm,β=103.37(3)°,V=4 557.6(18) ?3,Dc=1.459 g·cm-3,Z=2,R1=0.045 5,wR2=0.094 0[I>2σ(I)]。結(jié)構(gòu)分析表明:1為零維雙核結(jié)構(gòu),通過(guò)π…π堆積作用拓展為二維層狀超分子。
配合物;混合配體;晶體結(jié)構(gòu);熒光;合成
近年來(lái),設(shè)計(jì)和合成金屬有機(jī)配合物(特別是金屬有機(jī)框架材料)是化學(xué)和材料科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)之一,不僅僅因?yàn)槠涿匀说木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),更在于這類材料具有眾多潛在的性能[1-3]??茖W(xué)家致力于控制金屬有機(jī)配合物的組裝過(guò)程,期望實(shí)現(xiàn)該類材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)且呈現(xiàn)出特有的性能。然而,如何合理設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物;如何詮釋其組裝過(guò)程仍然是最基本的科學(xué)問(wèn)題。
眾所周知,配合物最終的結(jié)構(gòu)和性能受多重因素的影響,最重要的因素是金屬離子的電性質(zhì)和配體的幾何構(gòu)型。此外,氫鍵、π…π堆積和弱相互作用對(duì)于構(gòu)筑超分子配位網(wǎng)絡(luò)極其重要,它們能夠擴(kuò)展低維配合物結(jié)構(gòu)為高維超分子網(wǎng)絡(luò)[4-7]。作為剛性配體,4′-(4-甲基苯)-4,2′:6′,4″-三聯(lián)吡啶(L)擁有豐富的π電子體系,易通過(guò)π…π作用構(gòu)筑高維超分子網(wǎng)絡(luò)[8]。L配體基配合物在配位聚合物領(lǐng)域尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,研究L配體與輔助配體協(xié)同配位時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的配位特點(diǎn)及由其構(gòu)筑的配合物的相關(guān)應(yīng)用具有重要的學(xué)術(shù)意義和潛在應(yīng)用價(jià)值。
本文以L作為主配體,苯甲酸(Hba)為輔助配體,在溶劑熱條件下與Cd2+配位構(gòu)筑了一例雙核配合物[Cd(L)2(ba)2]2(1),L配體吡啶環(huán)間的π…π堆積作用拓展雙核結(jié)構(gòu)為二維超分子網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)發(fā)光性能研究,表明該配合物室溫下發(fā)出藍(lán)色熒光。
1.1 儀器與試劑
BrukerTensor 27 OPUS型紅外光譜儀(KBr壓片);Perkin Elmer 2400 CHN 型元素分析儀;Hitachi FL-4500型熒光光譜儀。
L按照文獻(xiàn)[9]方法合成;Hba,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;其余試劑均為分析純。
1.2 1的合成
將Cd(NO3)2·4H2O 0.1 mmol,L 0.1 mmol和Hba 0.2 mmol混合,加入去離子水4 mL和無(wú)水乙醇4 mL,充分?jǐn)嚢韬筠D(zhuǎn)移至25 mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,升溫至140 ℃,恒溫3 d,然后再以10 ℃·h-1的速率緩慢冷卻至室溫,過(guò)濾,濾餅用5 mL蒸餾水清洗,干燥得無(wú)色塊狀晶體0.009 9 g,收率32%(以Cd計(jì));IRν:1 595,1 548,1 396,1 065,1 015,992,843,812,720,665,631 cm-1;Anal.calcd for C116H88Cd2N12O8:C 69.56,H 4.43,N 8.39;found C 69.53,H 4.46,N 8.37。
1.3 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定
室溫下,選取大小為0.32 mm×0.31 mm×0.27 mm的無(wú)色單晶,置于Rigaku SCX-min衍射儀上,用經(jīng)石墨單色器單色化的Mo-K射線(=0.710 73 ?),以方式收集衍射數(shù)據(jù)。所有衍射數(shù)據(jù)使用SADABS程序進(jìn)行半經(jīng)驗(yàn)吸收校正[10]。晶胞參數(shù)用最小二乘法確定。數(shù)據(jù)還原和結(jié)構(gòu)解析分別使用Crystalclear和SHELXTL[11]程序完成。所有的晶體結(jié)構(gòu)都用直接法解出,先用差值傅立葉函數(shù)法和最小二乘法確定全部非氫原子坐標(biāo),并用理論加氫法得到氫原子位置,然后用最小二乘法對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修。晶體學(xué)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,主要鍵長(zhǎng)和鍵角見(jiàn)表2。1的CCDC為1457170。
表1 1的主要晶體學(xué)參數(shù)
2.1 晶體結(jié)構(gòu)
晶體結(jié)構(gòu)分析表明,1屬于單斜晶系,為雙核[Cd]2結(jié)構(gòu)(圖1)。1中只包含一個(gè)晶體學(xué)獨(dú)立的Cd(1)。非對(duì)稱單元中每個(gè)Cd2+分別與來(lái)自ba陰離子上的4個(gè)O和L配體上的2個(gè)N配位,形成了扭曲6配位的八面體構(gòu)型,Cd—O鍵長(zhǎng)為0.227 4(3) nm~0.241 5(3) nm,Zn—N 鍵長(zhǎng)為0.230 2(3) nm和0.232 0(3) nm,所有鍵長(zhǎng)都屬于合理范圍。二面角O—Cd(1)—O鍵角為54.24(8)°~149.28(9)°,N—Cd(1)—N鍵角為171.48(10)°,O—Cd(1)—N鍵角在83.67(9)°~96.34(10)°。
表2 1的主要鍵長(zhǎng)和鍵角
#1-x + 1,-y + 1,-z + 2
配體ba顯示了兩種配位模式:一種為橋連單齒,另一種為橋連雙齒。這樣的端基配體ba連接兩個(gè)Cd2+構(gòu)成了雙核[Cd]2結(jié)構(gòu)模式。每一個(gè)L配體中只有一個(gè)外趨N參與配位,填補(bǔ)了Cd2+配位數(shù)的不足。1中L配體的排列方式為構(gòu)造超分子配位網(wǎng)絡(luò)提供了可能。結(jié)構(gòu)分析表明:L配體間的兩個(gè)吡啶環(huán)N2—C48—C23—C19—C28—C56(環(huán)A)和N5—C46—C35—C18—C27—C54(環(huán)B)之間存在π…π作用,進(jìn)一步拓展雙核1的結(jié)構(gòu)為一維鏈(圖2),環(huán)A和環(huán)B的中心間距為0.388 5(3) nm,二面角為5.54 °。這樣的一維鏈間繼續(xù)擴(kuò)展,按照AA的方式拓展為二維超分子網(wǎng)絡(luò)(圖3)。
圖1 1中Cd2+的配位環(huán)境
圖2 1的一維鏈結(jié)構(gòu)
圖3 1的二維超分子層結(jié)構(gòu)
2.2 表征
(1) IR
1的IR光譜見(jiàn)圖4。苯甲酸中羧基的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰在1 595 cm-1和1 548 cm-1處,對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰在 1 396 cm-1處,νasym(—COO) 和νsym(—COO)的差值δ分別為199 cm-1和152 cm-1,表明苯甲酸中的羧基為單齒橋連和單齒螯合的配位模式[12]。在1 700 cm-1處沒(méi)有出現(xiàn)—COOH的強(qiáng)吸收峰,表明羧基完全去掉了質(zhì)子。
(2) 熒光性質(zhì)
1的熒光光譜見(jiàn)圖5,我們對(duì)固態(tài)1的發(fā)光行為在室溫下進(jìn)行了測(cè)試,1表現(xiàn)出藍(lán)色熒光行為。配體L在激發(fā)波長(zhǎng)為310 nm時(shí)的發(fā)射峰大約為391 nm,可歸為配體內(nèi)部π→π*的電子躍遷。在相同的激發(fā)波長(zhǎng)下,1的發(fā)射峰大約為400 nm。與自由配體L相比,1的發(fā)射峰位置有輕微紅移。因此,根據(jù)文獻(xiàn)1的熒光行為可歸為配體內(nèi)n→π*或π→π*的電子躍遷[13]。
v/cm-1
λ/nm
以L作為主配體,苯甲酸(Hba)為輔助配體,在溶劑熱條件下與Cd2+離子配位構(gòu)筑了一例雙核配合物[Cd(L)2(ba)2]2(1)。結(jié)構(gòu)分析表明:1為零維雙核結(jié)構(gòu),通過(guò)π—π堆積作用拓展為二維層狀超分子。熒光分析表明,1在室溫下可發(fā)出藍(lán)色熒光。
[1] Zhou H C,Kitagawa S.Metal-organic frameworks(MOFs)[J].Chem Soc Rev,2014,43(16):5415-5418.
[2] Jahan M,Bao Q L,Loh K P.Electrocatalytically active graphene-porphyrin MOF composite for oxygen reduction reaction[J].J Am Chem Soc,2012,134(15):6707-6713.
[3] Würthner F,Saha-mller C R,Fimmel B,etal.Perylene bisimide dye assemblies as archetype functional supramolecular materials[J].Chem Rev,2016,116(3):962-1052.
[4] Han Z B,Cheng X N,Chen X M.Effect of the size of aromatic chelate ligands on the frameworks of metal dicarboxylate polymers:From helical chains to 2-D Networks[J].Cryst Growth Des,2005,5(2):695-700.
[5] Xue D X,Lin J B,Zhang J P,etal.Syntheses,structures and sorption properties of two framework-isomeric porous copper-coordination polymers[J].Crys Eng Comm,2009,11(1):183-188.
[6] 趙麗婷,魏亞男,單麗慧,等.新型鎘配合物[Cd(IPDB)2Cl2]的合成及其晶體結(jié)構(gòu)[J].合成化學(xué),2016,24(5):418-421.
[7] 李 桂,張菁玲,王繼明,等.新型單核鎳配合物的原位合成及其熒光性能[J].合成化學(xué),2016,24(2):102-106.
[8] Biswas P,Dutta S,Ghosh M.etal.Influence of counter anions on structural,spectroscopic and electrochemical behaviours of copper(II) complexes of dipyrido[3,2-f:2′,3′-h]-quinoxaline (dpq)[J].Polyhedron,2008,27(9-10):2105-2112.
[9] Liu C,Ding Y B,Shi X H,etal.Interpenetrating metal-organic frameworks assembled from polypyridine ligands and cyanocuprate catenations[J].Cryst Growth Des,2009,9(3):1275-1277.[10] Sheldrick G M.[M].Germany,University of G?ttingen,2008.
[11] Sheldrick G M.SHELXTL NT Version 5.1.[CP].University of G?ttingen,Germany,1997.
[12] Wang X L,Chen Y Q,Liu G C,etal.Assembly of novel phenanthroline-based cobalt(II) coordination polymers by selecting dicarboxylate ligands with different spacer length:From 1-D chain to 3-D interpenetrated framework[J].J Organomet Chem,2009,694(14):2263-2269.
[13] Zheng S L,Yang J H,Yu X L,etal.Syntheses,structures,photoluminescence,and theoretical studies ofd10metal complexes of 2,2′-dihydroxy-[1,1′]binaphthalenyl-3,3′-dicarboxylate[J].Inorg Chem,2004,43(2):830-838.
Synthesis and Crystal Structure of A Cd2+Complex Constructed from Mixed Ligand
TIAN Yuan,GUO Yong-li,LIU Leng,HE Jing, CHEN Yong-qiang*,YAO Shu-li,CHENG Zhao-xia
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Jinzhong University,Jinzhong,030619,China)
A new Cd2+complex [Cd(L)2(ba)2]2(1,L=4′-(4-methyl benzene)-4,2′:6′,4″-terpyridine,Hba=benzoic acid)was prepared under solvothermal conditions.The structure was characterized by IR,elemental analyses and X-ray single crystal diffraction analyses.1 belongs to monoclinic system,space groupP21/cwitha=1.095 5(2) nm,b=1.404 1(3) nm,c=3.045 5(8) nm,β=103.37(3)°,V=4 557.6(18) ?3,Dc=1.459 g·cm-3,Z=2,R1=0.045 5 andwR2=0.094 0 [I>2σ(I)].The structural analysis indicated that 1 is a zero dimensional binuclear structure.The adjacent binuclear are stacked byπ…πinteractions to form a two dimensional supermolecule structure.
complex;mixed-ligand;crystal structure;fluorescence;synthesis
2016-06-23
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21501078);山西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015011026)
田源(1982-),女,漢族,山西文水人,助理工程師,主要從事功能配合物化學(xué)的研究。
陳勇強(qiáng),博士,副教授,E-mail:chenjzxy@126.com
O614.24+2;O76
A
10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.12.16161