基于非对称噁二唑或三氮唑衍生物配体的配位聚合物构筑

论文摘要

本论文围绕当前配位聚合物化学的研究热点,设计并合成了含有功能化噁二唑或三氮唑基团的非对称有机配体,并将其用于定向组装具有预期结构和功能的配位聚合物,在晶体结构表征和性能研究的基础上,初步探讨了部分配聚物的结构-性能关系。全文共分为六章:第一章首先介绍了此项工作的研究背景,重点介绍了多孔金属-有机配位聚合物（MOFs）的研究进展及其在磁学、光学、催化、吸附与存储方面的应用;并在此基础上提出了本论文选题的依据、目的及所取得的进展。第二章首次利用5-（4-吡啶基）-1,3,4-噁二唑-2-硫醇（4-Hpyt）与ZnII和CdII反应得到四个具有不同维度的MOFs。配体呈现硫代酰胺和硫醇盐两种异构体以及四种不同的配位模式。晶体结构研究表明在室温和溶剂热条件下可得到不同的结晶产物;常温下得到的锌和镉配聚物含有较大的溶剂通道,进一步研究了它们的溶剂以及氮气吸附性质。第三章利用4-Hpyt或3-Hpyt与典型的八面体CoII（或NiII）离子反应,得到一系列具有不同孔穴尺寸的多孔配聚物,通式为{[M（pyt）2（H2O）2]·（solvents）}n（5?10）,呈现出相似的二维主体框架,包结的客体分子依反应媒质而异,其中8中含有少见的四元水簇。第四章合成了两个羧酸类衍生物配体5-（4-吡啶基）-1,3,4-噁二唑-2-硫代乙酸（4-Hpyoa）和其3位吡啶基异构体,将之与金属离子反应得到11?15。它们分别呈现一维双链、二维同手性层、三维锐钛矿或金红石拓扑网络,拓扑结构的多样性取决于金属-配体间的协同作用。第五章设计了具有三脚架结构的双（1,2,4-三氮唑-1-基）乙酸（Hbtza）配体,将之与八面体金属及d10银离子反应,分别得到（3,6）-连接网络结构的配位聚合物16?18及4-连接三维化合物19。对此系列2D或3D金属-有机框架研究表明构建可靠的分子模块能够形成预定拓扑节点的超分子网络。第六章设计了多齿酰胺类配体N-(3,5-双（3-吡啶基）-1,2,4-三氮唑-4-烟酰胺（3-Hbptza）,在草酸根共配体存在下与八面体金属反应,得到两类未见文献报道的（4,5）-连接二维氢键（20?22）或配位（23）拓扑网络。金属离子半径的大小对配体配位模式以及超分子拓扑结构具有重要影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 研究背景、目的及意义
• 1.1 超分子化学与晶体工程
• 1.2 配位聚合物中的分子间弱相互作用
• 1.2.1 氢键
• 1.2.2 金属-金属作用
• 1.2.3 π-π作用等弱相互作用
• 1.3 多孔杂化材料的研究进展及应用
• 1.3.1 磁性质
• 1.3.2 光性质
• 1.3.3 催化性质
• 1.3.4 吸附与存储等性质
• 1.4 本课题的选题依据、目的及所取得的主要进展
• 1.4.1 本课题的选题依据及目的
• 1.4.2 本课题所取得的主要进展
• 第二章 基于4-Hpyt配体的锌和镉配位聚合物
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂与仪器
• 2.1.2 配合物的合成
• 2.1.3 晶体数据收集与结构解析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 配合物 1-4 的晶体结构分析
• 2.2.2 4-pyt配体的结构特性
• 2.2.3 配合物的热稳定性及多孔性研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于Hpyt的多孔钴（或镍）配位聚合物
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂与仪器
• 3.1.2 配合物的合成
• 3.1.3 晶体数据收集与结构解析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 配合物5-9 的晶体结构分析
• 3.2.2 配合物10 的晶体结构分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 配位聚合物合成中金属-配体协同作用的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂与仪器
• 4.1.2 配位聚合物的合成
• 4.1.3 晶体数据收集与结构解析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 晶体结构描述
• 4.2.2 结构组装的多样性
• 4.2.3 热稳定性研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 （3,6）-混合连接网络拓扑的MOFs设计策略
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验试剂与仪器
• 5.1.2 双（1,2,4-三氮唑-1-基）乙酸（Hbtza）的制备
• 5.1.3 MOFs 16–19 的制备
• 5.1.4 X-ray数据收集与解析
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 设计策略
• 5.2.2 结构分析与讨论
• 5.2.3 溶剂客体对金属-有机框架的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 基于3-Hbptza的草酸根桥联金属配位聚合物
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 实验试剂与仪器
• 6.1.2 配体3-Hbptza的合成与表征
• 6.1.3 混合配体连接的配合物的合成
• 6.1.4 X-ray数据收集与解析
• 6.2 结果与讨论
• 2O晶体结构描述'>6.2.1 配体[3-Hbptza]·H₂O晶体结构描述
• 6.2.2 配合物20-23 晶体结构描述
• 6.2.3 配体3-bptza的配位与氢键连接模式
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢