配位聚合物的应用与进展

配位化学在有机合成中的应用引言：配位化学是无机化学的一个重要分支，广泛应用于催化剂、药物、材料等领域。

在有机合成中，配位化学的应用也越来越受到关注。

本文将介绍配位化学在有机合成中的应用，并探讨其在有机合成中的优势和局限性。

一、配位化学在有机合成中的优势1. 催化剂：配位化合物作为催化剂在有机合成中扮演着重要角色。

通过选择合适的配体和过渡金属，可以调控反应的速率、选择性和产率。

例如，金属有机配合物常用于氢化反应、氧化反应、交叉偶联反应等。

此外，由于配位化合物的可调性，可以根据具体需求设计和合成新型配体，进一步提高反应的效果。

2. 金属有机化合物：一些金属有机化合物在有机合成中具有独特的反应性。

例如，Grignard试剂和有机锂试剂是常见的金属有机化合物。

它们可与各种化合物发生加成、消除、置换等反应，从而构建复杂的有机分子骨架。

此外，金属有机化合物还可通过金属催化的反应合成，如Suzuki偶联、Heck反应等，为有机合成提供了更多的选择。

3. 配位聚合物：配位聚合物是由金属离子和配体通过配位效应相互连接而成的大分子。

它们具有多样的结构和性质，可用于控制聚合物的形貌、分子量、相互作用等。

在有机合成中，配位聚合物可以用作催化剂、药物递送系统、分离膜等，拓宽了有机合成的应用领域。

二、配位化学在有机合成中的具体案例1. 配位催化：过渡金属配合物在有机合成中广泛应用于催化各种反应。

以铂催化剂为例，它可以催化烯烃的氢化、烯烃和芳烃的异构化、烯烃和烯炔的偶联等。

这些反应可以高产率、高选择性地得到有机化合物，有助于构建有机分子骨架。

2. 金属有机试剂的应用：金属有机试剂如Grignard试剂和有机锂试剂可与各类化合物发生反应，实现C-C键的构建。

例如，通过与酰氯反应，Grignard试剂可以合成醇、醛、酮等有机化合物；通过与卤代烷反应，有机锂试剂可以合成烷烃、芳香化合物等。

3. 配位聚合物的应用：金属配合物可以用作聚合物的交联剂，实现聚合物的多样化。

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配位聚合物的应用研究研究组姓名选题意义配位聚合物（coordination polymers）是有机配体与金属离子通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的晶体材料。

它结合了复合高分子和配位化合物两者的特点，是一类具有特殊性质的杂化材料。

作为新型功能性分子材料，配位聚合物的设计与合成，结构及其性能的研究越来越受到各个领域科学家的重视，形成了跨越多个学科的热点研究领域。

报告内容具有三维空旷网络结构的金属有机骨架材料（metal-organic framework，MOFs）是一种稳定的配位聚合物材料。

MOFs材料在溶剂分子脱除后能保持骨架结构稳定，具有超大的比表面积和孔体积。

稳定性的提高大大拓展了MOFs材料的应用领域，成为MOFs材料发挥其特殊性质的基础。

MOFs材料可以用于类分子筛载体、气体存储和分离、非线性光学、分子磁体、手性拆分、发光材料、光电转化、催化等众多领域。

其中MOFs在多相不对称催化和光催化领域的应用由于其重要性逐渐受到科学家的重视。

使用具有手性催化活性的有机分子作为配体，可以得到具有手性催化活性的MOFs材料。

这是一种特殊的多相化方式，催化剂负载量大，活性中心均匀分布，开放的孔道有利于底物与活性中心接近。

在手性催化中具有重要应用的卟啉、席夫碱、联萘配体都已成功合成了MOFs材料，而且材料具有较好的手性选择性。

以光学纯的手性酒石酸衍生物为配体，合成具有手性孔道的MOFs材料，不仅可以成功地拆分外消旋的配位化合物，而且还成功实现了对酯交换反应的不对称催化作用。

理论计算表明，MOFs材料也是一种合适的半导体材料，能带带隙在1.0到5.5eV之间。

有机部分吸收光子的能量，能够发生从有机到无机部分的电荷转移。

从而像半导体一样，能作为电子给体和受体。

光激发后，MOFs材料能发生光致变色、光催化产氢、光催化氧化有机物等反应。

前景展望由于作为配位聚合物组成部分的金属离子和有机配体的高度可调性和配位方式的多样性，配位聚合物具有无限的组成和结构可裁性，这是其它材料所无法比拟的。

配位聚合物的应用与进展王雄化学化工与材料学院应用化学1班 20133443摘要：配位聚合物是由金属和有机配体自组装而形成的, 具有独特的空间几何构型, 在非线性光学材料、气体吸附、手性拆分和催化、分子磁性材料、超导材料, 微孔材料等诸多方面都有广阔的应用前景。

本文介绍了配位聚合物的分类，列举了金属-有机骨架(MOFs)等功能型配位聚合物的研究进展,并对配位聚合物的发展前景作了展望。

关键词：配位聚合物；有机配体；合成方法；应用；催化引言：配位聚合物(coordination polymers)或金属-有机框架(metal-organic frameworks,简称MOFs)是指利用金属离子与有机桥联配体通过配位键合作用而形成的一类具有一维，二维或三维无限网络结构的配位化合物[1]。

近年来，配位聚合物作为一种新型的功能化分子材料以其良好的结构可裁性和易功能化的特性引起了研究者浓厚的兴趣。

配合物有无机的金属离子和有机配体，因此它兼有无机和有机化合物的特性，而且还有可能出现无机化合物和有机化合物均没有的新性质。

配位聚合物分子材料的设计合成、结构及性能研究是近年来十分活跃的研究领域之一，它跨越了无机化学、配位化学、有机化学、物理化学、超分子化学、材料化学、生物化学、晶体工程学和拓扑学等多个学科领域，它的研究对于发展合成化学、结构化学和材料化学的基本概念及基础理论具有重要的学术意义，同时对开发新型高性能的功能分子材料具有重要的应用价值[2-7]。

并对分子器件和分子机器的发展起着至关重要的作用。

配位聚合物在新的分子材料中将发挥重要的作用。

配位化学理论在材料的分子设计中也将起着重要的指导作用。

材料按其性能特征和用途大致可划分为结构材料和功能材料两大类。

功能材料种类繁多，功能各异，其共同的特点和发展趋势是：(1) 性能优异；(2) 分子化；(3) 巨大的应用前景。

金属有机光电磁材料综合了这几方面特点，将发展成为新一代材料，其结构和性能决定了它的应用越来越广泛。

金属有机多孔配位聚合物的研究进展多孔材料在物质分离、气体储存和异相催化等领域有着广泛的应用。

传统的无机多孔材料包括硅藻土和沸石等天然多孔材料和名目繁多的（如，活性炭、活性氧化铝、蛭石、微孔玻璃、多孔陶瓷等）人工多孔材料。

天然无机多孔材料的结构类型有限，人造无机多孔材料虽然可克服这一缺点（通过改变制备工艺，人们可以制备从微孔、中孔到大孔等各类多孔材料），但是人造多孔材料的缺点是无法获得均匀孔结构。

近年来"无机!有机杂化配合物作为一种新型的多孔材料引起了人们的广泛关注。

人们将这种配合物定义为金属有机类分子筛"其孔洞处在纳米的数量级" 又称纳米微孔配位聚合物，这类材料的功能可以通过无机物种或有机桥联分子进行调节，过渡金属可以将其还原转化为沸石性主体，从而产生一些有趣的具有磁性和光谱特性的孔洞，而有机物质可以调节孔道尺寸、改变孔的内表面，还具有化学反应性或手性，可以弥补传统分子筛的许多不，在异相催化、手性拆分、气体存储、离子交换、主客体化学、荧光传感器以及光电磁多功能材料等领域显示出良好的应用前景。

和无机多孔材料相比，这类分子材料具有（1）结构多样性：MOFs是由金属离子（node）和有机配体（linker或spacer）通过配位键形成的配位聚合物，有机配体分子的多样性和金属离子配位几何的多样性导致了它们构成的配位聚合物结构的多样性（2）分子设计和分子剪裁的可行性：调节有机配体的几何性质和选择不同配位几何的金属离子可调控配位聚合物孔的结构（3）制备条件温和：在常压或几十个大气压，200度左右或更低的温度下反应等优点，因而对MOFs 的研究备受化学和材料科学工作者的关注。

由于配位聚合物的形成可以看作具有各自配位特征的配体和金属离子之间的合理识别与组装，因此，配体的几何构型和配位性能及金属离子的配位趋向和配位能力对配位聚合物的结构起着决定作用。

此外，阴离子、溶剂、反应物配比、溶液的pH、合成方法（水热或溶剂热，溶液法、扩散法、溶胶法）、反应温度等也对配位聚合物的结构有重要的影响。

南开大学卜显和：多孔配位聚合物的发展历程及研究进展2020-01-04以下文章来源于中国科学杂志社，作者中国科学：化学多孔配位聚合物(PCP)(包括金属有机框架)是一类由金属节点和配体通过配位键连接形成的晶态多孔材料。

作为一类新兴的无机-有机杂化材料, PCP具有丰富且可调节的结构和功能, 因此其在气体吸附分离、催化、传感等诸多领域展现出巨大的应用潜力, 是多学科交叉的研究热点。

南开大学化学学院卜显和教授课题组近期在《中国科学：化学》发表评述，依据PCP的结构及性质特点,总结了第一至第四代多孔配位聚合物PCP研究的发展历程, 介绍了该领域的主要研究内容和典型研究进展, 进而基于该领域未来面临的挑战和发展趋势分析了材料的实用化前景。

近年来, 多孔配位聚合物(porous coordination polymer, PCP) (包括金属有机框架(metal-organic framework, MOF))的研究方兴未艾。

PCP是由金属节点(金属离子或金属簇)和有机连接体通过配位键自组装形成的具有无限网络结构的材料。

其作为配位超分子化学的一个重要组成部分, 与无机化学、有机化学、晶体工程、拓扑学、材料化学及固态化学等领域相互交叉、渗透, 现已成为化学和材料领域的研究热点之一。

相较于传统的无机多孔材料(如沸石分子筛、微孔二氧化硅), PCP具有结构和组成多样、结构可设计、孔道可调节和易于功能化的优点。

因此, 这类材料在吸附分离、催化、检测、磁性以及光电等领域展现出巨大的应用价值和潜力。

按照PCP的发展历程和属性对其进行的分类根据剑桥晶体数据中心的统计, 1972~2016年, 约有7万例可被定义为MOF的新结构被合成, 对应的可定义为PCP的化合物的数量更加庞大。

基于PCP数量的急剧增长, 相关研究论文的发表数量也在逐年递增。

与此同时, 涉及PCP材料的研究领域不断扩大。

目前PCP的研究热点主要集中在以下5个方面。

化学物质的配位络合物与配位聚合物配位络合物及其在化学中的应用一直备受关注。

配位络合物是由一个中心金属离子或原子与周围的配位体通过配位键结合而形成的化合物。

而配位聚合物则是由多个配位体之间通过配位键连接形成的聚合物。

这两种化合物在化学研究和实际应用中发挥着重要的作用。

本文将介绍配位络合物与配位聚合物的定义和性质，并探讨它们在不同领域的应用。

一. 配位络合物的性质与应用配位络合物通常具有以下特点：1. 配位数与配位体的配位能力：配位数指的是一个中心金属离子或原子周围的配位体的个数。

配位体的配位能力取决于其配位原子的电子云情况以及配体本身的形状和电荷。

不同的配位体配位能力不同，可形成稳定的配位络合物。

2. 配位键的稳定性：配位键的稳定性取决于中心金属离子或原子与配位体之间的电子云重叠程度和配体的价格。

某些金属离子形成的配位络合物非常稳定，可以应用于催化剂、荧光探针、医药等领域。

3. 配位体的空间位阻：配位体的大小和形状会影响配位络合物的稳定性。

大尺寸的配位体可能造成位阻效应，使得配位络合物难以形成。

而小尺寸的配位体则有利于形成稳定的配位络合物。

配位络合物在许多领域有重要应用：1. 催化剂：许多金属络合物具有良好的催化性能，可应用于有机合成、能源转化等领域。

例如，贵金属如铑、铑等形成的配位络合物在氢化反应和氧化反应中具有高效催化活性。

2. 荧光探针：某些配位络合物具有荧光性质，可应用于生物传感、荧光显微镜等领域。

这些配位络合物能够与特定生物分子相互作用并发出荧光信号，实现对生物体系的检测与研究。

3. 医药应用：某些金属络合物具有抗肿瘤、抗菌和抗炎等活性，被应用于医疗领域。

这些配位络合物能够与生物分子相互作用，表现出特殊的治疗效果。

二. 配位聚合物的性质与应用配位聚合物是由多个具有配位能力的配位体通过配位键连接而形成的聚合物。

它们具有以下特点：1. 三维结构：由于配位体的配位能力，配位聚合物通常具有复杂的三维结构。

高效配位聚合物的合成及应用研究近年来，高效配位聚合物在材料科学领域引起了广泛的关注。

这种聚合物通过合理设计和合成，能够实现优异的性能和广泛的应用。

本文将从合成方法和应用研究两个方面，探讨高效配位聚合物的最新进展。

一、合成方法高效配位聚合物的合成方法多种多样，其中最常见的是配位交换法和配位自组装法。

配位交换法是一种通过配位基团之间的交换反应来合成聚合物的方法。

这种方法的优点是反应条件温和，适用于大多数配位基团。

同时，配位交换法还可以实现不同配位基团的组合，从而获得具有多种性质的聚合物。

配位自组装法是一种通过配位基团之间的非共价相互作用来合成聚合物的方法。

这种方法的优点是反应条件简单，适用于大规模合成。

配位自组装法还可以实现聚合物的自组装，形成具有特定结构和性能的材料。

二、应用研究高效配位聚合物在多个领域具有广泛的应用。

以下将重点介绍其在催化、传感和能源存储方面的研究进展。

1. 催化应用高效配位聚合物在催化领域发挥着重要的作用。

通过合理设计和合成，可以制备具有高催化活性和选择性的催化剂。

例如，一种含有金属配位基团的聚合物可以作为催化剂用于有机合成反应，实现高效的催化转化。

2. 传感应用高效配位聚合物在传感领域有着广泛的应用前景。

通过引入特定的配位基团，可以实现对特定分子的高灵敏度和高选择性的检测。

例如，一种含有荧光配位基团的聚合物可以作为荧光探针用于生物分子的检测，实现高效的传感。

3. 能源存储应用高效配位聚合物在能源存储领域也具有重要的应用价值。

通过合理设计和合成，可以制备具有高电导率和高稳定性的聚合物。

例如，一种含有导电配位基团的聚合物可以作为电极材料用于超级电容器的制备，实现高效的能量存储。

三、展望高效配位聚合物的合成和应用研究还有许多挑战和机遇。

未来的研究可以从以下几个方面展开：1. 合成方法的改进：目前的合成方法仍然存在一些局限性，需要进一步改进。

例如，可以探索新的合成策略，提高合成效率和产物纯度。