基本信息
- 项目名称：
- 3-硝基邻苯二甲酸铜配合物的合成与结构
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本论文选择具有丰富配位模式的3-硝基邻苯二甲酸作为有机配体，通过控制反应体系中金属盐的存在形式和加入的金属盐比例，成功得到了一个具有新颖结构的配合物。在该配合物中，配体采取了不同于文献报道的配位模式和金属离子配位，每个配体周围连接了三个金属离子，从而形成了包含三个铜单元的一维链状配合物。配合物中，配体的两个羧基都脱去了质子，但只有一个羧基和金属离子配位，另一个羧基没参与配位，而是通过形成分子内氢键稳定了配合物的结构；同时，硝基也和金属离子配位，这种配位方式在3-硝基邻苯二甲酸的配合物中尚属首例。正是由于配体的配位模式不同，使得配合物的结构与文献报道的结构明显不同。
- 详细介绍：
- 在构筑金属-有机配合物中，苯基二甲酸分子由于含有两个羧基，具有丰富的配位点和较强的配位能力，被广泛应用于金属配合物的构筑[1-6]。在这些苯基二甲酸的异构体中，邻苯二甲酸中两个羧基处于邻位，可以采取更丰富的配位模式和金属离子配位，得到具有新颖结构的配合物[7]。如果在其邻位连上硝基就得到3-硝基邻苯二甲酸，分子中多了一个硝基，具有更丰富的配位点和更强的配位能力，能够形成氢键，和金属离子组装出具有新颖结构和功能的配合物。而且以它作为配体的金属配合物的合成、结构等方面的研究还是相当有限[8-11]。所以本论文以3-硝基邻苯二甲酸作为有机配体，通过控制反应体系中金属离子的存在形式和反应比例，得到了金属-有机配合物{[Cu3(C8H3NO6)2(OH)2(H2O)6]-2H2O}n（I），并且通过单晶X-射线衍射分析，对配合物的结构进行了测定。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在配合物的设计合成中，选择的有机配体和反应条件不同，对配合物的结构产生重要的影响。邻苯二甲酸含有两个羧基，能够采取丰富的配位模式和金属离子配位得到具有新颖结构和功能的配合物，而3-硝基邻苯二甲酸多了一个硝基，具有更丰富的配位点和强的配位能力，是一个非常好的有机配体。本作品以3-硝基邻苯二甲酸作为有机配体，通过控制反应体系中金属盐的存在形式，从而调控了配体的配位模式，得到了具有新颖结构的配合物。
科学性、先进性及独特之处
- 在该配合物中，配体的配位模式非常独特——两个羧基都脱去质子，但其中一个羧基并未配位，只是形成了分子内氢键，稳定了配合物的结构，同时硝基也与金属离子配位。由于配位模式的不同，得到的配合物的结构明显不同于文献报道的3-硝基邻苯二甲酸配合物的结构。从而为以后设计合成功能配合物提供了一种切实可行的方法。
应用价值和现实意义
- 本论文选择了具有丰富配位模式的3-硝基邻苯二甲酸作为有机配体，采取非常规的合成方法，得到了具有新颖结构的配合物。不论是在配体的选择上，还是方法的应用上都具有可取之处，并且在配合物中，配体采取了未见文献报道的一种新的模式和金属离子配位，丰富了配位化学的相关内容。这也为能够得到具有光、电、磁等功能材料配合物的合成提供了一种思路。
学术论文摘要
- 本论文以3-硝基邻苯二甲酸作为有机配体，与金属离子反应，通过控制反应体系中金属盐存在的形式和加入的金属盐的比例，得到了一个具有新颖结构的配合物。在该配合物中，每个配体周围连接了三个金属离子，从而形成了具有新颖结构一维链状配合物。这和文献报道的配合物的结构具有明显不同，这种不同是由配体的不同配位模式引起的。在该配合物中，两个羧基都脱去了质子，但是其中一个羧基并没有和金属离子配位，而是通过形成分子内氢键稳定了配合物的结构；同时，硝基也和金属离子配位。据我们所知，这在3-硝基邻苯二甲酸的配合物中还是首例。这一成果丰富了配位化学的内容。
获奖情况
- 1. Feng-Qin, Wang, Fan-Li Lu, Bin Wei, Yong-Nan Zhao, “Poly[[hexaaquadi-µ-hydroxido-bis- (µ-3-nitrophthalato)tricopper(II)] dihydrate]” Acta Cryst. (2009). C65, m42–m44.
鉴定结果
参考文献
- 1．Deng, Y. H., Liu, J., Yang, Y. L., Zhu, H. J. & Ma, H. W. (2007). Chinese J. Struct. Chem. 26, 642--648 2．Deng, Y. H. Wang, S. Y., Liu, J., Yang, Y. L., Zhang, F. & Ma, H. W. (2007). Acta Chinica Sinica, 65, 809--815.
同类课题研究水平概述
- 金属-有机配合物作为配位化学领域的一个研究热点，近些年来受到越来越多的关注。金属离子的配位几何构型决定了与其配位的配体的数目及伸展方向，并且不同的金属离子不只对其结构产生影响，金属离子本身所具有的磁学、电学、光学和氧化-还原特性等都会体现在所合成的金属-有机配合物中。而且，有机配体的多样性、可修饰性与各种金属离子的巧妙结合，为设计合成尺寸可控、形状可控和性质可控的各种金属-有机配合物提供了可能性。如果我们能把金属离子和具有特定功能的有机配体按照预先设想的方式排列起来，便能设计出具有预期结构和功能的新化合物，从而达到设计和合成功能配合物的目的。近年来，金属-有机配合物的研究得到迅猛发展，各国化学工作者都对此进行了艰苦而卓绝的探索。美国的Yaghi，日本的Kitagawa，Fujita等多个研究小组在微孔配位聚合物的合成、结构和性能研究方面获得了许多引人注目的重要成果。如Yaghi及研究小组报道了迄今金属有机多孔材料表面积最大的配位聚合物Zn4O(1,3,5-BTB)，其表面积达4526 m2g-1，并对如何设计表面积更大的结构进行了计算和探讨，在气体吸附与存储方面，做了许多突出的开创性工作。国内的洪茂椿、高松、陈小明等课题组也在配合物的研究方面取得了显著成绩。如高松等人在分子磁学和分子基磁体设计领域的研究中做出了突出贡献。 虽然通过水热/溶剂热方法，人们已合成了为数众多的金属-有机配合物，但对真正影响这些配合物结构因素的了解还是相当有限。随着研究工作的广泛开展和深入，人们越来越趋向于对目标产物进行更好的控制，人们不断探索各种控制因素对目标产物的影响方式，但是如何控制反应条件组装具有特定结构和功能的目标配合物仍是当前配位化学领域的挑战性课题。而寻找影响配合物生成和结构的因素是实现此目标的有效途径。。然而，金属离子和配体在不同反应条件下的组装有时可得到具有不同结构和性能的化合物，这导致了结构的多样化和难以预测性。因此，如果我们能够找出影响配位聚合物生成和结构的因素并了解其影响方式，通过控制反应条件，有可能设计并合成出具有特定结构和功能的配位聚合物。 鉴于以上分析，我们选择了具有多个配位点的有机配体和金属离子，通过控制反应条件得到了具有新颖结构和功能的配合物。
