含多硫配体的新型功能配合物及器件的制备和性质研究

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多硫化合物,如四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene,TTF)及其衍生物、含1,3二硫杂环单元的化合物以及1,2-二硫烯配合物,作为多功能构筑基块已经被广泛地应用于超分子和材料化学领域,如磁性导体、磁性半导体、有机场效应管(FET)、分子内电荷转移的非线性光学材料以及分子开关及分子线等。为了获得结构新颖,性能优越的四硫富瓦烯衍生物,各种各样的官能团,已被引入到TTF骨架。如吡啶、双吡啶、乙酰丙酮、氮氧自由基等基团的引入可以用作磁性导体、磁性半导体及分子内电荷转移的非线性光学材料等方面的研究,包含噻吩四硫富瓦烯的场效应管带有TTF类材料最高的场效应迁移率。包含双吡啶基的1,3-二硫杂环化合物是一类π共轭的构筑基块。这种化合物可以通过双吡啶上的氮原子或去保护的硫原子与金属离子配位来控制配合物的构型以及氧化还原性质。1,3-二硫杂环单元是一个共轭的富硫单元,能够产生分子间的S…S相互作用,这种S…S相互作用常见于分子基导体,是形成分子导体的关键。通常人们认为金属二硫烯配合物与有机电子给体TTF系列具有相似的结构。过渡金属的二硫烯配合物由于其特有的性质和其在导电、磁性材料、染料敏化、非线性光学、催化等领域的优越表现而获得了广泛的研究。本论文设计合成了一系列新型的包含双吡啶基的1,3二硫杂环有机配体,并成功获得了系列配合物,同时系统研究了这些化合物的性质。另外,成功合成了一些基于1,2-二硫烯的系列配合物,研究了其物理性质,制备了场效应管分子器件并测定了其电学性质。论文的主要研究工作包括以下几点:  1.合成了两个包含1,3-二硫杂环的π-共轭配体,4,5-[1,4]二硫[2,3-b]喹喔啉-2-双(2-吡啶)亚甲基-1,3-二硫(L1)、4,5-双(硫甲基)-2-双(2-吡啶)亚甲基-1,3-二硫(L2)。以L1、L2和二甲基2-(双(2-吡啶基)亚甲基)-1,3二硫醇-4,5-二羧酸酯(L3)作辅助配体,[(Tp)Fe(CN)3]-和[(i-BuTp)Fe(CN)3]-(Tp=三(3-甲基-1-吡唑基)氢硼烷;i-BuTp=异丁基三吡唑基硼烷)作构筑基块,设计合成了两个四核矩形簇[(Tp)Fe(CN)3Ni(L1)2]2·(ClO4)2·6H2O(1)和[(i-BuTp)Fe(CN)3Ni(L3)2]2·(ClO4)2·6H2O(2),两个三核簇[(Tp)2Fe2(CN)6Ni(L2)2]·8H2O(3)和[(Tp)2Fe2(CN)6Co(L3)2]·5H2O(4)。配合物1和2具有相似的结构,它们通过相邻Tp-吡唑环上的分子间弱π-π相互作用形成一维链。配合物3和4通过分子间π-π相互作用形成二维平面,配合物3中的很强的S…S相互作用进一步将二维平面连成了三维超分子结构。磁性研究表明,配合物1-4均表现出了很强的分子内铁磁性偶合。配合物1和2的交流磁化率数据也显示频率依赖性,说明配合物1和2为单分子磁体,它们的有效自旋反转的能垒分别为8.7 K和13.5 K。  2.通过配合物ClRe(CO)3(H2bpydt)(6,H2dpydt=2-(双(2-吡啶基)亚甲基)-1,3-二硫-4,5-二羧酸)的脱质子化反应合成了配合物[Bu4N][ClRe(CO)3(Hbpydt)](7),用7作为起始原料,得到了两个新颖的三核异金属配合物M(MeOH)4[ClRe(CO)3(Hbpydt)]2·2MeOH(M=Cu,8;M=Mn,9)。通过X单晶衍射仪确定了配合物6-9的晶体结构。研究了他们的紫外-可见电子吸收光谱及电子发射光谱。研究了配合物8和9的磁化率。  3.合成了两个质子化的吖啶盐氢氟酸吖啶盐(AcrHF)和氢溴酸吖啶盐(AcrHBr),利用AcrHF、盐酸吖啶(AcrHCI)和AcrHBr与[TBA][Ni(dmit)2]形成了一系列从不带卤素到带有卤素的吖啶-Ni(dmit)2阴阳离子盐10-12。X单晶衍射仪确定了配合物10-12的晶体结构。测定了配合物10-12的电导率和磁化率。其电导率曲线表明,配合物10-12在整个温度范围内显示半导体行为;其磁性研究表明,配合物10-12为分子间反铁磁相互作用。将配合物11作为掺杂体掺杂到聚-3-(己基噻吩)(P3TH)中。用扫描电镜(SEM)、X粉未衍射(XRD)及电学方法测定了掺杂的P3TH薄膜。掺杂薄膜的电学性质研究表明,薄膜的电导率和场效应迁移率都得到加强。镍配合物产生的额外的电荷载体是增强电导率的原因之一。X单晶粉未衍射确定了掺杂薄膜的固态结构。评价了掺杂薄膜作为半导体适合于溶液方法处理的有机场效应(OFET)电子器件。  4.合成了三个新的包含吡嗪环的π-延展的多硫化合物,二苯-[3,2-a∶2,3-e]吩嗪-1,3-二硫-2-酮(L4)、吡啶[2,3-b]吡嗪-2,3-二硫醇(L5)和1,3-二硫[4,5∶5,6][1,4]二硫[2,3-b]喹喔啉-2-酮(L6)。利用甲醇钠或氢氧化钠开环反应得到两个镍配合物13和15,两个金配合物14和16,并通过紫外-可见光谱、红外光谱、核磁共振、质谱等对他们进行了表征。并用X单晶衍射仪确定了配合物16的晶体结构。
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