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。
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