微孔配位聚合物{[Cu(4-PTZ)]·H_2O}_n的合成与晶体结构

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第28卷第3期 2009年9月 延安大学学报(自然科学版) Journal of Yanan University(Natural Science Edition V0l_28 No.3 SeD.2009 

微孔配位聚合物{[Cu(4一PTZ)]·H2 O}n 

的合成与晶体结构 

张 鹏,王 妮,牛凤兴,高利锋,吴亚盘,任宜霞 

(延安大学化学与化工学院陕西省化学反应工程重点实验室,陕西延安716000) 

摘要:在水热条件下,利用四唑吡啶(4一PTZ)、Cu (OH) CO 反应获得了一种新型微孔配合物 

[Cu(4一PTZ)].H O(其中4一PTZ=四唑吡啶),通过x一射线单晶衍射技术测定了晶体结构。 

配合物属单斜晶系,空间群P2】/c,晶胞参数:a=5.7 176(5)nm,b=16.7 670(14)nm,c=9.3 620 

(8)nm; =90.000。,卢=97.480(10)。, =90.000。。中心Cu(I)原子分别与1个4一PTz中的吡 

啶N原子及另外3个4一PTZ中的四唑N原子配位形成畸变的四面体构型。在配合物中,4一PTZ 

的四唑基团采用 ,桥连方式连接紧邻cu(I)原子,沿e轴形成一维共边双股螺旋链,进而通过4 

眦吡啶环的连接作用拓展为具有(4 ·6 ·8)拓扑结构的三维微孔配位聚合物。 

关键词:微孔配位聚合物;四唑吡啶(4一PTZ);Cu(I)配合物;晶体结构 

中图分类号:0641 文献标识码:A 文章编号:1004-602X(2009)03-0066-04 

微孔配位聚合物研究的迅猛发展不仅在于美学 

价值,更重要的是在光、电、磁、催化、分子识别、离子 

交换、气体储存、生物活性等领域呈现出潜在的应用 

前景 j。近年来环境问题尤其是有害气体的排放 

引起了世界各国广泛的关注。每年有约超过100万 

吨的有毒物质不经处理就直接排放到大气层中,对 

人类自身及生存环境构成了严重的威协。传统的过 

滤器是在活性炭中灌注铜盐、银盐、锌盐及钼盐。尽 

管它在一定范围内对有害气体有较强的吸附作用, 

但就其作用来看根除的不彻底,且碳环的芳香性影 

响了孑L径的有效尺寸,极大的限制了其性能。相比 

而言,作为一种新型的环境友好、孔径可控的多孔材 

料,金属有机框架的设计合成与应用研究备受瞩目, 

成为近期国际材料、化学、物理、环保等领域的研究 

热点 ’’ 。 

在微孔配位聚合物的合成中,配体与金属中心 

的选取是影响孔道的尺寸、形状、取向、吸附选择性 的关键因素。四唑毗啶是一种新型的富氮配体,具 

有以下特点吸引了我们的注意力:(1)4一PTZ具有 

较长的间隔基团和多种配位方式,通过配位可构筑 

具有新颖拓扑结构的多孔配位聚合物;(2)4一PTZ 

储存了形成氢键和 … 相互作用的结构信息,具 

有构筑超分子体系的潜能。因此我们选用其作为微 

孔聚合物有机建筑块,合成了系列配位聚合物,本文 

仅报道4一PTZ与Cu (OH) CO 在水热条件下反 

应得到的一种微孔配位聚合物[cu(C H N )]· 

H O的晶体结构。 

l 实验部分 

1.1试剂与药品 

四唑吡啶、Cu:(OH) CO。及其它化学试剂均为 

分析纯,购于Acros公司。PE-2 400型元素分析仪, 

BRUKER EQINOX-55FT—IR.BRUKER SMARTAPEX-I1 

型CCD四圆单晶衍射仪。 

收稿日期:2009—06—20 基金项目:陕西省自然科学基金(SJ08B11),陕西省教育厅重点科研资金(06JK156,05JS38,06JK154,07JK435,08JZ82, 

08JK490) 

作者简介:张鹏(1984一),男,陕西榆林人,延安大学在读硕士研究生。 

通迅作者 第3期 微孔配位聚合物{[Cu(4一PTZ)]·H 0} 的合成与晶体结构 67 

1.2配合物的合成 

4一vrz(o.5 mmo],0.0 736 g),Cu2(OH)2CO3 

(0.5 mmo],0.1 116 g),3 mL H20和4 mL甲醇,封 

入20 mL带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应器内, 

150 ̄C恒温72 h后降至25℃。得到蓝色块状晶体, 

用二次水洗涤后于室温下使其自然干燥。产率 

49%.Ana1.caled for C6tt5CuN50:C 31.70,H 2.70, 

N 30.81;found C 31.65,H 2.66,N 30.76. 

1.3配合物的晶体结构测定 

选取大小合适的单晶,置于带有石墨单色器的 

BRUKER SMART APEX—lI型CCD X一射线衍射 

仪上,用Mo K (A:0.07 013 am)射线,于293 K下 以w/20扫描方式收集数据。全部衍射仪强度数据 

经因子和经验吸收校正,晶体结构用直接法解出,数 

据还原和结构解析工作分别使用SAINI-5.OT和 

SHELXTL-97程序完成 』,对全部非氢原子的坐标 

及各向异性参数进行全矩阵最小二乘法精修。配合 

物属单斜晶系,空间群P2 /e;晶胞参数:口=5.7 176 

(5)nm,b=16.7 670(14)nm,c=9.3 620(8)am;ot 

90。, =97.480(10)。, =90。;Z=4,Dc=1.691 

mg·m一, =2.018 mm~,F(000)=452。对于I 

>2cr的数据,最终偏离因子R=0.0 389,wR=0.1 

155;对于所有数据,最终偏离因子R =0.0 477, 

wR,=0.1 230。 

表1 配合物部分键长和键角 

Symmetry codes:#1 X+1,Y,z; 一X+2,一Y+1,一z+1;#3 x,一y+3/2,z+1/2;#4 X一1,Y,z; X,一Y+3/2,z一1/2 

2结果与讨论 

2.1 配合物的晶体结构 

标题配合物的部分键长和键角列于表1,其结 

构单元由一个Cu(I)原子、1个四唑吡啶与1个游 

离水分子组成。每个Cu(I)原子与1个4一PTZ 

中的吡啶N原子及另外3个4一PTZ中的四唑N原 

子配位形成畸变的四面体构型(图1),其中N(2)、 

N(3)彝2、N(5)#l处于底面位置,N(1)们占据锥顶 

位置,Cu(I)原子沿轴向偏离底面0.537 111"11。在基 

本单元平面内,N(2)一N(3)}}2一N(5)#1、N(5)#1 

N(2)一N(3)}}2、N(2)一N(5)#一N(3)#2键角分 

别是61.89。、59.53。和58.58。,键角总和是180. 

O0。,cu(1)一N(3)#2、Cu(1)一N(2)和Cu(1)一N 

(5)样1键长在0.1 991(3)am一0.2 067(3)nm范 

围,明显短于Cu(1)一N(1)#3[2.212(3)nln]键长, 

说明畸变主要表现为轴向拉长,上述结构参数与文 献报道4一PTZ基配合物的数据基本吻合 ’, 。值 

的说明的是水热反应中Cu(1I)转变为配合物中Cu 

(I),可能是由于甲醇在高温条件下将其还原所 

致㈨。。。 

图1 配合物中心原子的配位环境 

对称码:#1 x+1,y,z;#2一x+2。一y+l,一z+l;#3 x,一y+3/2,z+l/2

 配合物最有趣的结构特点是, 一PTZ配体 

(图2)的四唑基团采用 一桥接方式连接Cu(I) 

原子沿0轴形成了一维共边双股螺旋链(螺距为 

5.718 nm)(图3),进而通过其吡啶基团的拓展连接 

组装了具有四方形孔道的的三维结构,孔道沿a轴 

方向伸展,尺寸大约为0.93×0.93 nm,较大的孔径 

使其有足够的空间通过主客体氢键作用封存游离水 

分子(图4)。从网络拓扑的观点来看,4一PTZ配体 

和Cu(I)原子均作为四连接结点,因此,整个网络 呈现出双节点4一连接的(4 ·6。·8)拓扑结构(图 

5)。 

图2 一PTZ配体的配位方式 黑色大球代表cu(I)原子;深灰色小球代表配体N原子 

拳 

L R 

图3 ,一四唑基团连接Cu(I)原子 形成的一维共边双螺旋 

图4配合物沿 轴形成的具有 四方形隧道的三维结构 

图5配合物的(4。·6 ·8 J拓扑 

Cu原子和4一FIX配体均作为4一连接点;Cu,黑色;4一FIE,灰色 2.2结论 

PTZ配体四唑基团的 ,一连接方式桥连 

配合物中Cu(I)原子形成一维共边双股螺旋链, 

进而通过其4一FFZ吡啶环的单齿连接作用拓展为 

具有(4 ·6。·8)拓扑结构的三维微孔配位聚合物 

[Cu(4一PTE)]·4H O(其中4一PTE=四唑吡 

啶),孔道尺寸大小为0.93×0.93 BID_,封有溶剂分 

子。 一PTZ配体呈现出配位方式有利于构筑具有 

定孔径的配位聚合物,对这类配体的深入研究可 

为金属有机框架设计合成提供了重要实验依据。 

参考文献: [1]Eddaoudi M,Moler D B,Li H,et a1.Modular chemistry: 

secondary building units as a basis for the design of highly porous and robust metal organic carboxylate frameworks[J]. 

Acc.Chem.Res,2001(34):319—330. 

[2]Ferey G,Mellot C D,Serre D,et a1.A chromium tereph— thalate—based solid with unusually large pore volumes and 

surface area[J].Science,2005(23):2040—2042. [3]Yaghi O M,Keeffe M O,Ockwig N W,et a1.Reticular synthesis and the design of new materials[J].Nature, 

2003,423(12):705—714. [4]Ros1 N L,Eekert J,Eddaoudi M,et a1.Hydrogen storage in microporous metal—organic frameworks[J].Science, 

2003(423):705. 

[5]Smart Bruker Axs and Saint N T.Programs for data colletion and data reducetion[M].Madison,WL,1996. [6]Sheldrick G M.SHELXL,Version 5.0,a system for struc— ture solution and refinement[M].Bruker Axs,Madison, 

WI,1997. [7]Bondar O A,Lukashuk L V,Lysenko A B,et a1.New mircroporous copper(II)coordination polymers based upon bifunctional 1,2,4一triazole/tetrazolate bridges[J].Crst- 

EngComm,2008(10):1216—1226. [8]Shi W J,Ruan C X,Li Z,et a1.Tuning framework forma—