以多齿类羟酸为配体构筑的金属有机框架的合成、结构和性质研究

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金属—有机骨架作为一种新型的分子功能材料,凭借其独特的结构可剪裁性、多样的拓扑结构和在氢气存储、离子交换、吸附、分子识别、催化以及光、电、手性拆分等领域的巨大潜在应用受到了各界科学家们越来越多的关注。依据分子工程学原理,通过选择特定几何构型的中心金属离子和特殊的有机配体,可以在一定程度上实现新型功能材料的定向设计和合成。同时,还可以通过选择功能性的中心金属离子和具有功能官能团的有机配体赋予目标化合物以多功能的性质。本论文选择不同构型的有机配体和金属离子合成出19种金属—有机骨架。研究这些化合物的合成条件及规律,分析网络结构所属的拓扑类型,考察配体的几何构型,辅助配体对于整个结构的影响等规律,探究分子自组装原理。对化合物的热稳定性、荧光性质,吸附,离子交换进行了初步研究。1.以5-氧-(4-苄基苯甲酸基)间苯二甲酸(H3L1)和1,4-对苯二咪唑(BIMB)、1,4-对苯二甲基咪唑(BIIM)在水热条件下与过渡金属离子和稀土金属离子反应合成了10个新颖的化合物,它们的分子式分别为[Cu(HL1)(BIMB)]·0.5H2O (1),[Pr(HL1)(BIMB)]·H2O (2),[Zn(HL1)(BIMB)0.5]·H2O (3),[Zn3(L1)2(BIMB)3]·8H2O (4),[Zn3(L1)2(BIMB)3]·4H2O (5),[Zn2(HL1)2(BIIM)2]·H2O (6),[Cu2(HL1)2(BIIM)2]·H2O (7),[Cu(L1)(BIIM)0.5(H2O)]·H2O (8),[Cu2(L1)(BIIM)(μ3-OH)]·3H2O (9)[Cu1.5(L1)(BIIM)1.5]·2H2O (10),化合物1,2和3都是二维4连接的层状结构,化合物4是了一个三维(3,4)连接三重互穿的网络结构,当我们将4的反应条件不变,温度升高到180度,我们得到了结构更加复杂的化合物5;化合物6和化合物7是破浪形的二维(4,4)层;化合物8和10的骨架结构都是(3,4)–混连接的三维网络;化合物9的四核Cu SBUs连接十个有机配体,构筑了三维(3,10)连接的网络结构。2.以5-氧-(4-苄基苯甲酸基)间苯二甲酸(H3L1)和苯并咪唑(BENIM)、1,2,4-三氮唑(1,2,4-triazole)在水热条件下与过渡金属离子反应合成了5个新颖的化合物,它们的分子式分别为[Zn (HL1)(BENIM)](11),[Co (HL1)(BENIM)](12)[Co2(HL1)(BENIM)2(μ3-OH)]·H2O (13),[Co1.5(L1)(1,2,4-triazole)(μ2-OH)](14)和[Ni1.5(L1)(1,2,4-triazole)(μ2-OH)](15),化合物11和12同构,14和15同构,化合物11是含有两种不同类型的螺旋链的二维层网络;化合物13的四核CoSBUs通过L1配体的羧酸基团连接成二维(3,6)连接层状结构;化合物14是三维(3,8)连接的网络拓扑。3.以5-氧-(3-苄基苯甲酸基)间苯二甲酸(H3L2)和1,4-对苯二咪唑(BIMB)在水热条件下与过渡金属Zn2+离子反应合成了2个新颖的化合物,它们的分子式分别为[Zn2(L2)(BIMB)(μ2-OH)](16)[Zn3(L2)2(BIMB)3]·4H2O (17),化合物16通过平行的层网络互穿,形成了2D→3D互锁的框架结构;化合物17产生于中性pH条件,得到了(3,4)连接自穿的三维网络。4.以两个长链半刚性羧酸(H3L3)和(H3L4)为配体,在溶剂热条件下与过渡金属Zn2+离子反应合成了2个新颖的化合物,它们的分子式分别为[Zn2(L3)(H2O)]·(NO3)·DMF(18),[Zn2(L4)(H2O)]·(NO3)·0.2DMF (19),两种化合物同构,探讨了它们在吸附、主体框架交换客体稀土离子、碘离子,以及客体离子对主体框架荧光强度的影响等方面的性质。
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