专题:配位聚合物研究

自从Lehn提出超分子化学的概念特别是Robson提出配位聚合物的概念以来,配位聚合物研究得到了迅速发展,它与晶体工程、超分子化学、材料科学及固态化学等诸多领域交叉渗透,成为当前无机化学研究中最为活跃的领域之一,呈现出方兴未艾的发展趋势.配位聚合物是由桥联配体和金属离子通过配位键形成的具有高度规整的无限网络结构的配合     

配位聚合物[Cu(NIPH)(bpy)]的合成、结构及性质

在水热条件下(120℃), 醋酸铜, 2, 2′-联吡啶(bpy)与5-硝基间苯二甲酸(H₂NIPH)反应72 h, 得到配位聚合物[Cu(NIPH)(bpy)](1). 单晶X射线衍射分析表明, 配位聚合物1具有类螺旋形链结构, 链间通过弱共价键、氢键和π-π相互作用形成三维网络结构. 晶体属于单斜晶系, P2(1)/c空间群, a = 0.95510(19) nm, b = 1.2592(3) nm, c = 1.3737(3) nm, β = 95.13(3)°, V = 1.6455(6) nm³, Z = 4, M_r = 428.84, D_c = 1.731 Mg/m³, Z = 4, R = 0.0297, wR₂ = 0.0979. 热重分析表明, 配位聚合物1具有良好的热稳定性. 另外该配位聚合物显示了较强的反铁磁行为.     

以2-脲基-4[1H]-嘧啶酮为基础的超分子组装

2-脲基-4[1H]-嘧啶酮四氢键体系在非极性溶剂中具有高的缔合常数, 是构筑多种复杂结构和特定功能超分子体系的理想结合单元. 自2-脲基-4[1H]-嘧啶酮四氢键体系被报道以来, 其衍生物被广泛地应用于自组装、超分子聚合物和光电功能材料等领域. 本文概述以2-脲基-4[1H]-嘧啶酮为基础的AADD四氢键体系构筑新型超分子组装体的最新研究成果.     

主体分子型非病毒基因载体的基础应用

设计并制备了一种新的具有分子探针功能的主体分子型非病毒载体-邻菲啰啉-b-环糊精衍生物主体分子(DZY-1), 应用凝胶电泳法研究探讨了DZY-1与DNA相互作用及客体分子对该主体分子诱导DNA凝聚的影响; 并进一步研究探讨了单一主体分子、主/客体分子配合物诱导DNA分子凝聚和聚合所形成的超分子聚合物抗限制性内切酶(HindⅢ)酶解的特性. 应用扫描电子显微镜(SEM)观测到该主体分子、主/客体分子配合物与DNA分子相互作用形成超分子聚合物的微观结构形态. 阐述了其作为非病毒基因载体可能的传递机制, 为设计、制备新的非病毒基因载体提供了一种新途径.     

含Mn(Ⅱ)配位超分子的晶体结构和表面光-电性能

采用水热方法合成了两个具有新颖结构的Mn(Ⅱ)配位超分子化合物, [Mn₂(C₈H₇O₂)₄(phen)₂ (m-H₂O)](1), [Mn₂(btec)(phen)₂(H₂O)₆]·2H₂O(2), (phen=1,10-phenanthroline, H₄btec=1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid). 通过X射线单晶衍射、红外光谱(IR)和紫外光谱(UV-Vis)等方法对化合物进行了表征. 结果表明, 化合物(1)和(2)均为双核Mn(Ⅱ)配合物, 而且分别由氢键连接成为具有1D和3D无限结构的配位超分子. 测定了化合物的表面光电压光谱(SPS)和场诱导表面光电压光谱(FISPS). 结果表明, 两个化合物的SPS均在300~600 nm范围内呈现正的表面光伏响应(SPV), 但是SPV的强度、位置、谱峰的数量明显不同. 这主要是由于配合物的结构和中心金属Mn(Ⅱ)离子所处的配位环境不同引起的. 化合物的表面光电压相位谱和FISPS表明它们均具有一定的p-型半导体的特征, 并讨论了氢键在超分子构建中的作用以及不同配位环境对于配合物表面光电压的影响.     

宏观构筑基元表面柔顺性的调控与组装

宏观超分子组装的研究对象是表面修饰有大量超分子识别基团的10μm以上的宏观构筑基元,以及它们之间基于超分子多重相互作用的碰撞、识别和组装的过程,它是超分子化学的新兴研究方向,为体相超分子材料的制备提供了新的思路.宏观构筑基元的表面柔顺性是决定构筑基元间能否通过多重相互作用,增强相互作用,实现组装的关键要素之一.本文从界面间相互作用出发,通过交替层状自组装方法,在刚性聚二甲基硅氧烷(PDMS)构筑基元表面分别构筑不同层数的聚电解质多层膜,以调控宏观构筑基元的表面柔顺性,并研究聚电解质多层膜层数对于宏观构筑基元组装行为的影响.通过研究在水中叠加组装的时间与聚电解质多层膜层数的关系,我们发现当构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数较少时,经过长时间叠加也不能发生组装;随着构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数的增加,可以在较短的时间内叠加实现组装.同时对构筑基元之间的相互作用力随时间的变化进行了原位测量,其力值与上述组装行为一致.本工作验证了"具有高柔性表面是宏观超分子组装的设计原则",说明通过调控构筑基元表面柔顺性可以调控其宏观组装行为.     

配位聚合物[Co2(C3H4N2)4(C10H2O8)]n的晶体结构、磁性及光-电性能

采用溶液热合成方法, 得到了新颖的Co(Ⅱ)配位聚合物单晶体. 它是以[Co₂(C₃H₄N₂)₄(C₁₀H₂O₈)]为重复单元、用均苯四甲酸根为桥而联成的一维无限链状聚合物. 该配合物单晶属三斜晶系, 空间群P 1, ( — ) a = 0.9610(1) nm, b = 0.9684(1) nm, c = 0.7924(1) nm, α = 96.695(9)°, β = 102.741(6)°, γ = 116.551(5)°, V = 0.6236(2) nm³, Z = 2, R₁ = 0.0342, wR² = 0.0990. 表面光电压光谱测试结果表明, 它在300~800 nm范围内, 表现出了较明显的光伏响应带. 另外从该化合物的变温磁化率研究结果可以看出, 该聚合物具有弱的反铁磁物质行为.     

配位聚合物[Nd2(C8H5NO4)3·4H2O]∞的单晶结构

报道了具有菱形隧道的配位聚合物: [Nd2(C8H5NO4)3@4H2O]∞的单晶结构. 它有两个晶体学独立的金属Nd(Ⅲ)离子中心, 每个金属Nd(Ⅲ)离子处于8配位的环境中. 8个配位的氧原子中7个氧原子来源于6个5-氨基间苯二甲酸有机配体, 另一个氧原子由配位水提供. 羧基通过η1,1和η1,3方式连接两个Nd3+. 晶体数据: 三斜晶系, 空间群, a = 1.03680(5) nm,b = 1.66934(15) nm, c = 0.88221(14) nm, α= 99.754(2)°, β= 111.169(4)°, γ= 85.400(4)°. 一部分配体在平行于ab面连接金属Nd(Ⅲ)形成分子梯, 另一部分配体沿着c轴分子梯构成菱形隧道, 同时配位水分子和氨基悬挂在隧道中.     

分子超薄膜

分子超薄膜不同于传统的薄膜材料,它们的厚度在1—100nm的尺度范围．其制备方法也不同子一般的无机薄膜与高分子薄膜.它们是由具有两亲性质的分子所形成的分子集合体系,其基本结构十分相似于生物膜．人们可以借助于超分子化学和配位膜化学的概念,精心设计、合成具有不同结构的两亲配体及其金属配合物,充分利用过渡金属和稀土金属的性质,极有可能用配位、互补、偶联和杂化等方法去构筑具有光、电、磁、热、声等特殊功能的分子超薄膜．     

自组装形成的稀土金属配位聚合物[Na(THF)2(μ2-η5Cp)(η5, η5, η1-Cp3Yb)(THF)]n的合成及结构

Cp₂Yb·2THF(Cp = 环戊二烯基)与环戊二烯基钠(CpNa)在四氢呋喃(THF)中按1︰1的摩尔比于40℃下反应2 h, 原位形成的阴离子型二价茂镱配合物再与新蒸的环戊二烯(Cp-H)按1︰2.5的摩尔比于40℃下继续反应48 h, 经分离得到了阴离子型的三价镱配合物[NaYbCp₄(THF)₃] (1). 晶体结构测定表明配合物1具有聚合物主链的结构, 即通过桥联Cp基团以η⁵, η⁵, 方式将Cp₃Yb·THF与Na(THF)₂二个结构单元联结在一起, 进而在分子间形成一维无限的聚合物链结构.     

三元混配合物分子内配体间的芳环堆积效应(1)——M~(2+)(Co~(2+)、Ni~(2+))-Phen-HCA体系

迄今,人们较多地注意配合物中配位基团及非配位基团上取代基的种类、位置和性质对其稳定性的影响,较少注意那些非配位基团之间的相互作用,虽然有关配体间氢键的作用、共价键或离子键的形成已有报道,但发现配体间存在着芳环堆积作用仅是近十年来的事。由     

2,4-二氯苯甲酸与2,2′:6′,2″-三联吡啶单核三元稀土配合物的合成、晶体结构、热分解机理及热力学性质

在室温下,通过溶液沉淀合成法得到了一种新型的单核稀土配合物[Ho(2,4-DCl BA)_3(terpy)(H_2O)]·H_2O(2,4-DCl BA:2,4-二氯苯甲酸;terpy:2,2′:6′,2″-三联吡啶),并通过元素分析、X射线单晶衍射、X射线粉末衍射、红外光谱以及拉曼光谱的测定对配合物进行了表征.每个Ho~(3+)周围有9个配位原子,并且形成带帽的四方反棱柱体结构.每个结构单元通过氢键作用以及p-p堆积作用形成一维、二维、三维超分子结构.利用同步热分析红外联用技术(TG/DSC-FTIR)对配合物的热分解机理进行研究,并分析了逸出气体的三维红外图谱.利用差示扫描量热技术(DSC)测定了配合物的比热,采用最小二乘法将平均摩尔热容与折合温度进行拟合得到两者的多项式方程并结合热力学方程计算得到相对于标准参考温度298.15 K时的热力学函数值.根据非线性等转化率法研究了配合物第一步反应的热分解动力学.     

编者按

<正>金属配合物包含金属和无机或有机配体,它们通过配位键形成电子和结构协同作用,并产生比有机物和金属离子更加丰富的光电等物理性能.金属-配体配位、金属-金属作用及配位分子间作用都能够带来比组成元件更加优异的光电特性.进入21世纪以来,配位化学领域的总体趋势是针对能源、材料、环境和健康等方面的挑战性问题展开应用导向研究,极大地促进了光电功能配合物的发展,在解决威胁人类生存和繁荣的难题中发挥越来越重要的作用.     

配位聚合物[Nd2(C8H5NO4)3·4H2O]∞的单晶结构

报道了具有菱形隧道的配位聚合物:[Nd2（C8H5NO4）3·4H2O]∞的单晶结构.它有两个晶体学独立的金属Nd（Ⅲ）离子中心,每个金属Nd（Ⅲ）离子处于8配位的环境中.8个配位的氧原子中7个氧原子来源于6个5-氨基间苯二甲酸有机配体,另一个氧原子由配位水提供.羧基通过η1,1和η1,3方式连接两个Nd3+.晶体数据:三斜晶系,空间群P1,a=1.03680（5）nm,b=1.66934（15）nm,c=0.88221（14）nm,α=99.754（2）℃,β=111.169（4）°,γ=85.400（4）°.一部分配体在平行于ab面连接金属Nd（Ⅲ）形成分子梯,另一部分配体沿着c轴分子梯构成菱形隧道,同时配位水分子和氨基悬挂在隧道中.     

超分子配位化合物及其晶态聚集体的合成、结构与功能

超分子配位化学是当今化学学科的前沿研究中最为中心和发展最迅猛的分支之一.其中晶体工程,尤其是金属一有机框架材料的合成、结构和功能,正引起国内外越来越多的化学工作者的关注和参与.本文结合本课题组的研究成果,简要总结了超分子配位晶态聚集体的自组装合成、结构和功能方面的若干规律.主要介绍了原位反应与模板合成,调控构筑基元的尺寸、形状、连接性、相互弱作用等结构策略,以及发光金属一有机框架材料的热致变色、化学传感等功能,并简要阐述了构效关系,为今后进一步研究开发光功能金属一有机框架材料提供参考.     

Rb(NTO)·H2O的制备、晶体结构和热分解机理

通过3-硝基-1, 2, 4 -三唑-5-酮(NTO)的水溶液与碳酸铷反应, 得到Rb(NTO)·H2O晶体, 测定它的单晶结构. 该晶体属单斜晶系, 空间群为P21/n. 晶体结构参数为：a = 0.6330(1) nm, b = 0.824 1(2) nm, c = 1.296 4(3) nm; ??= 97.90(1)o; V = 0.669 9(2) nm3, Z = 4, Dc = 2.306 g/cm3, μ= 7.365 mm?1, F(000) = 448. 铷与氮和氧形成八配位的配合物, 该配合物通过配位键和氢键堆积为层状结构. 并对热行为进行了探讨.     

三维杂金属(3d-4f)配位聚合物: {[Ln2Cu(pydc)4(H2O)6]•2H2O}n的合成与结构

在水热条件下(160℃), 通过稀土氧化物(Ln₂O₃)、氯化铜(CuCl₂)与2,5-吡啶二甲酸(H₂pydc)反应合成了两个新颖的3d-4f配位聚合物{[Ln₂Cu(pydc)₄(H₂O)₆]•2H₂O}_n [Ln = Eu(1)和Gd(2)]. X射线晶体学研究表明, 配位聚合物(1)和(2)是同晶异质体, 都具有开放的三维网状结构. 晶体结构和热重分析结果都表明在配位聚合物内存在较强的氢键相互作用.     

{VO3}nn- 和{M(bpp)(H2O)2}n2n+ 链编织的三维配位聚合物的合成、结构及电化学性质

在水热条件下, 合成了2 个Ni(II)和Co(II)的配位聚合物: [M(bpp)(H₂O)₂V₂O₆]·0.4H₂O(bpp = 1,3-二(4-吡啶)丙烷; M = Ni (1)和Co (2)). 单晶X 射线衍射分析结果表明, 配合物1 和2 是同晶异质体, 是由无限的一维{VO₃}_n^n- 和{M(bpp)(H₂O)₂}_n²ⁿ⁺ 链构筑的三维结构,{M(bpp)(H₂O)₂}_n²ⁿ⁺ 链沿着a 和b 轴方向伸展, 编织成互相穿插的三维结构, 而{VO₃}_n^n- 螺旋链沿c轴方向穿插在{M(bpp)(H₂O)₂}_n²ⁿ⁺ 链编织所形成的孔道中, 并与M(Ⅱ)形成配位键. 电化学测试表明, Li⁺能够可逆地在配合物1 和2 中进出.     

三元混配配合物分子内的芳环堆积效应——Ⅱ.pH电位法研究Pd~(2+)-杂环碱-核苷酸体系

芳环堆积作用是配合物分子内配体间的一种特殊作用形式,它的存在依赖于那些未配位芳环间的相互堆积,自1974年Sigel发现[Cu(bpy)(ATP)]~(2-)分子内因bpy(bpy=2,2′-联吡啶)中的吡啶环与ATP~(4-)(ATP~4=腺苷-5′-三磷酸盐)中的嘌呤环发生堆积作用以     

[Zn(bim)2]·(H2O)1.67: 具有方钠石拓扑结构的金属-有机敞开骨架

用液相扩散法合成了新颖的配位聚合物[Zn(bim)2]@ (H2O)1.67 (Hbim＝苯并咪唑, bim＝脱氢苯并咪唑), X射线单晶结构分析表明: 配合物以四连接、四面体型的[Zn(bim)4]2-为单元构筑成具有方钠石4264拓扑结构的三维网络. 其中每个方钠石的笼共有24个顶点, 为锌原子占据, 而每个笼内共有10个客体水分子(体积占有率约为18%).