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镍(Ⅱ)的两种配位聚合物的合成、晶体结构和性质

来源:六九路网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 2007年6月 无 机 化 学 学 报 Vo1.23 No.6 CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY Jun.,2007 镍(II)的两种配位聚合物的合成、晶体结构和性质 卓 馨l12魏先文 , 郭翠莲,李一志 郑和根 , ( 安徽师范大学化学与材料科学学院,安徽省功能性分子固体重点实验室,芜湖 241000) ( 宿州学院光电化学实验室,宿州 234000) ( 配位化学国家重点实验室,南京大学化学化工学院,南京 210093) 摘要:分别用水热法和溶液法合成了镍的两种配位聚合物[2{Ni(HO—BDC)(bpe)H20}] ・n(py)・nH20(1)(HO—H BDC=5一羟基一1,3一苯 二甲酸,bpe=1,2一-(4一吡啶)乙烷,PY=吡啶)和[Ni(H0一BDC)(bipy)] ̄・nH2O(2)(bipy=2,2’一联吡啶),并对它们进行了元素分析、红外 光谱等表征.并用X一射线单晶衍射测定了配合物的单晶结构。配位聚合物l晶体属三斜晶系,Pi_空间群,晶体学数据为: 1.0192(2)nm.b=1.1455(3)nm,c=1.2460(3)nm,a=68.377(5)。,lf=67.275(12)。,y=71.821(7)o,V=I.2227(5)nm ,Z_1,M,=979.26,Do= 1.330 g.cm-3,F(000):508,/x=0.835,Rl=0.0494, R2=0.112 1;配位聚合物2晶体属单斜晶系,P2/c空间群,晶体学数据为:口= 0.861 1f2)nm。b=1.106 8(3)nm,c=1.8394(4)nm,/3-14.0267(9)’V=I.6990(7)nm ,Z=4,Mr=413.00,D =1.615 g・am ,F(000)=848, /i.=1.182.Rl=0.063 5,wRz=O.1969。配合物1中形成了具有纳米孔的2D结构,而配合物2则是一个1D链状结构,它们分别通过 氢键和丌一丌堆积效应形成3D结构 关键词:镍配合物;5一羟基一1,3一苯二甲酸;1,2一二(4一吡啶)乙烷;晶体结构;氢键 中图分类号:0614.81"3 文献标识码:A 文章编号:1001—4861(2007)06—1029—06 Synthesis,Crystal Structures and Properties of two Nickel Complexes ZHUO Xin 0 WEI Xian.Wen 、 GUO Cui.Lian LI Yi.Zhi ZHENG He.Gen 0 ( c0伽 ofChemistry andMaterials Science AnhuiKey LabortorayofFunctional MolecularSolids AnhuiNormal University Wuhu 241000) ( ̄Photoelectric Chemisty rLabortoray,S ̄hou Colelge,Suzhou,Anhui,234000) (3Coordination Chemisty rInstitute,State Key Labortaory fCoorodination Chemisty,r School fChemiosty rand Chem&al Engineering,Nanjing University,Nanjing 210093) Abstract:Two coordina tion polymers【2{Ni(HO—BDC)(bpe)H20}] ・n(py)・nH20 and【Ni(HO-BDC)(bipy)] ・nH20 (where HO-H2BDC=5-Hydroxyisophthalic acid,bpe=l,2一bis(4-pyridy1)ethane,bipy is bipydine and PY is pyridine) have been synthesized and characterized by elemental analysis,IR spectroscopy,and the crystal structure was deter- mined by X-ray diffraction technique.The polymer 1 belongs to trielinic,space group P1,with a=1.019 2(2)nm,6= 1.145 5(3)nm,c=1.246 0(3)nm,a=68.377(5)。,l=67.f275(12)。,y=71.821(7)。,V=I.222 7(5)nm , l,M ̄=979.26, Oc=1.330 g-cm一,F(000)=508,/x=0.835,the ifnal R l=O.O49 4 and wR2:O.1l 2 l for 3400 observed reflections with,> 20-(/).The crystal 2 belongs to monoclinic,space group P2/c,with a=O.861 l(2)nm,b=1.106 8(3)am,c=1.839 4(4) nm,lf=104.267(9)。,V=I.699 0(7)nm ,Z=4,尬=413.00,Dc=1.615 g・am ,F(000)=848,/x=1.182,the final Rl=O.063 5 and wR2=O.1 96 9 orf 2290 observed reflections with 1>2o-()/.The structural analysis shows that the two complexes have a three—dimensional structure network by hydrogen bonding interactions.CCDC:626599,l;638568,2. Key words:Ni complex;5一hydroxyisophthalic acid;1,2一bis(4一pyridy1)ethane;crystal structure;hydrogen bond 收稿日期:2007.03—13。收修改稿日期:2007.04—17。 国家自然科学基金资助项I ̄t(No.20671002,20571039),安徽省自然科学研究项I ̄t(No.J(J2007BOl3)和江苏省自然科学基金 (No,BK2006124)。 通讯联系人。E—mail:x ̄ei@mail.ahnu.edu.an 第一作者:卓馨,女,38岁,副教授;研究方向:功能配位化学。 维普资讯 http://www.cqvip.com 1030 无机化学学报 第23卷 0 引 言 近年来.由有机芳香羧酸分子与金属离子构筑 的配位聚合物.特别是一些具有纳米孑L洞结构的配 位聚合物.受到了化学家的青睐【 。这不仅因为其 具有多样的拓扑结构,而且在许多领域如材料、药 物、分子电化学、分子识别和分子器件等方面的研究 和开发中表现出潜在的应用价值 .特别是一些具 有纳米孑L洞结构的配位聚合物尤其如此。在合成这 类超分子配位聚合物时.氢键和7r一7r堆积效应有时 也起着很重要的作用[81.特别在多重氢键网络结构 的导向性和特异性的基础上.已经设计合成出一些 开放的主体骨架结构0-12]。在本文中,我们使用5一羟 基一1,3一苯二甲酸、NiC12・6H20分别与1,2一二f4一吡啶1 乙烷和2.2一联吡啶反应,分别合成了一个具有纳米 孔的2D Ni配位聚合物1和含有2种环的1D链状 配位聚合物2.用IR和元素分析对配合物进行了表 征,并用X一射线单晶衍射测定了该配合物的单晶结 构。在两种配位聚合物中都存在着很强的氢键.通过 氢键使其连接为3D结构 1 实验部分 1.1试剂与仪器 F1'IR仪(VECTOR一22 Bruker公司1.PL仪 (48000DSCF,美国SLM公司),Bruker Smart Apex CCD衍射仪(Bruker公司)。所有试剂均为市售试剂。 1.2配合物的合成 1.2.1 配合物[2{Ni(HO—BDC)(bpe)H O ・n(py)・ nH,O rl1的合成 将0.018 g f0.1 mmo1)5一羟基一1,3.苯二甲酸和 O.018 g(0.1 mmo1)l,2一Z-(4一吡啶)乙烷溶解在含有少 量吡啶的10 mL水中,然后加人0.048 g(O.2 mmo1) NiC12・6H2O和0.012 g(0.3 mmo1)NaOH,混合物转移 到高压反应釜中.将反应釜密封后置于418 K的烘 箱中96 h。自然冷却至室温得到绿色晶体。化学式 为C45I-LaNsO ,Ni2,元素分析值(括号内为计算值,%), C:55.18(55.20);H:3.53(4.43);N:7.27(7.15)。FTIR (em一,.KBr):3 281(vs),1 614(vs),1 536(vs),1 503(vs), 1 427(vs),1 378(vs),1 274(s),804(s),785(s),729(s)。 1.2.2配合物[Ni(HO—BDC)(bipy)] ・nH 0(2)的 合成 将20 mmol 5一羟基一1,3一苯二甲酸溶于水溶液 中,然后将等物质的量的NiC1 .6H O和2,2一联吡啶 以及4O mmol的NaOH依次慢慢加人到上述溶液 中 室温搅拌3O min后,过滤。滤液在室温下放置, 约7 d后.绿色柱状晶体从溶液中长出。化学式为 C 8H OsNi,元素分析值(括号内为计算值,%),C: 52.21(52_35);H:3.53(3.42);N:6.67(6.78)。FTIR(em- , KBr):3 423(vs),1 578(vs),1 540(vs),1 472(vs),1 442 (vs),1 384(vs),1 273(s),80 1(s),765(s),725(s)。 1.3晶体结构测定 选取大小合适的绿色晶体配合物1和配合物 2.采用Bruker Smart Apex CCD单晶衍射仪.使用经 过石墨单色器单色化的MoKa射线(A---o.07 1 073 nm). 以‘D一 扫描方式收集衍射数据。配合物1在1.o≤ 0 ̄<26.0。的范围内.应用Smart程序收集ll 343个 衍射数据,其中独立衍射点4 823个 int=O.031),,> 2 f,)的可观测点3400个。配合物2在1.o≤ ≤ 26.O。范围内收集到衍射点9007个.其中独立衍射 点3 350个,/>2o-(/)的可观测点2290个。 晶体结构由直接法解得.对全部非氢原子坐标 及其各向异性热参数进行了全矩阵最小二乘法修 正。配合物1最终偏离因子:Rl=0.049 4.wR,: O.1 12 1, =1/[ (Fo) +(O.054 2P)z],P=(Fo2+2F ̄Z)/3,5= 1.O4,差值Fourier图中最低残余电子密度峰△p rI= 一410 e・nm-3,最高残余电子密度峰40 =800 e.nm-3。 配合物2最终偏离因子:RI=0.063 5,wR2=0.196 9, w=1/[o" (Fo) +(O.1l5 9 2】,P=(Fo +2FoZ)/3,S=I.00,差值 Fourier图中最低残余电子密度峰40 It一-一680 e.nm , 最高残余电子密度峰40. ̄:560 e・am一。所有计算在 PC机上用SHELXTL.97程序包完成[131 CCDC:626599.1;638568,2。 2结果与讨论 2.1 配合物的晶体结构  ̄[2{Ni(HO—BDC)(bpe)H O ・n(py)・nH O(1) 和配合物[Ni(HO—BDC)(bipy)]..nH O(2)的晶体学数据 及结构修正数据在表1列出.主要的键长和键角列 于表2,配合物1和2氢键参数分别列于表3和表4 中。 由图1可见,配位聚合物1中.每个Ni离子与 来自2个配体HO—H BDC的3个O原子、2个不同 bpe分子的2个N原子和1个H2o的O原子配位, 中心离子为六配位的扭曲八面体结构.赤道平面位 置被4个氧原子占据.轴向位置被分别来自2个 bpe分子中的N原子所占据。配体HO—H,BDC的配 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 卓 馨等:镍㈣的两种配位聚合物的合成、晶体结构和性质 1031 位方式如图3所示,在这个配合物中,作为三齿配体 的HO.H,BDC的1个羧酸根上的2个O原子直接 跟同1个Ni原子螯合,其Ni.0键长分别为 0.2105(21 nm和0.2157(21 am,另1个羧酸根上的2 个O原子则只有1个0与不同的Ni原子相连,其 Ni.0键长为0.2022(21 am,比前者略短。配体bpe中 的2个N原子分别与2个不同的Ni原子配位,其 1.019 nm和1.346 nm,夹角则分别为84.72。和 95.28 ̄ 在这个二维网状结构中,可以认为形成了纳 米孔洞f如图31,孔洞大小为1.019 nmx1.346 am,比 以前报导的此类羧酸配体形成的配位聚合物的孔洞 尺寸大116A71。这个配合物的孔洞被无序的py分子填 充f如图31.此配位聚合物通过分子间氢键进一步连 接成三维结构 在该化合物中存在4种类型的氢键: 游离H20与酚羟基中的O原子所形成的氢键(05一 Ni.N键长分别为0.208 4(21 11.11'1和0.2ll 8(21 II.W.,比 文献报道的略短[14ASl 在此配合物中,每个H0. H BDC配体都充当三齿配体分别与2个Ni原子相 连.相邻的Ni原子再与不同bpe分子中的N原子 H5C…07);配位H20分子与配体H0.H2BDC中已经 螯合的羧基0原子形成的氢键和没有参加配位的 O原子形成的氢键(o6一H6A…O2a,06一H6C…03b1; 第4种为游离水分子中的0原子与无序吡啶中的 N原子形成的氢键f对称操作:a: ,l— 2 ;b:-l , 配位.形成一个有规则的平行四边形组成的二维网 状结构f如图3所示1,平行四边形的边长分别为 表1 配合物1和2的晶体学数据 Table 1 Crystal data and structure refinement for 1 and 2 l Compound 2 【2{Ni(HO—BDC)(bpe)H20}]..n(py)・nH20 C Hd3N l3Ni2 979.26 【Ni(HO—BDC)(bipy)]..nH20 Cl8Hl4N2O,Ni 4l3.00 Empirical formula M ,K 293(21 0.07l 073 Triclinic 293(2) O.O7l 073 A(MoKa)Into Crystal system Space group 口,nm b,nm c/nm Monoclinic P c 1.0192(2) 1.145 2(31 1.2460(3) 68.37 7(51 67.27 5(121 71.82 1(71 0.861 1(2) 1.1068(3) 1.8394(4) 90.oo (。) (。) (。) nm3 104.267(9) 90.oo t.22270) l 1.6990(7) 4 Z D /(g-cm /.t/mm一’ 1.330 0.835 1.6l5 1.182 848  ̄ooo) Crystal size/mm Method of collecting reflections 508 0.30x0.28x0.26 ∞ O.3O .26xo.24 驴。∞ 0 rangefor data collection/(。) Reflns.collected/unique 1.9~26.O 1.8~26.O 11 343/4823 “=O.031) 3400 9 007/3 350 _=O.062) 229o 244 1.oo O.O635 0.1969, Observed reflns[1>2o'(/)] Parameters refined 325 1.04 Rl=O.494 0Goodness 磺求t on Final R indices[,>20" wR2=0.1l21 Maximum peak/(e・nm-3) 8oo —560 —Minimum peak/(e・nm-3) 4lO 68O 维普资讯 http://www.cqvip.com 1032 表2无机化学学报 第23卷 配合物1和2的主要键长和键角 Table 2 Selected bond lengths(nn1)and angles(。)for 1 and 2 2 Nil一0l Nil一02 Nil一06 Nil—Nl Nil.04a Nil.N2c 2.105(2) 2.157(2) 2.067(2) 2.084(2、 2.022(2、 2.118(2) Nil一05 Nil—Nl Nil.N2 2.124f4) 2.234(4) 2.239f4) Nil.O4a Nil一0lb Nil—O2b 2.139(3) 2.233f4) 2.291(4) 01.Nil一02 0l—Nil.06 0l—Nil—Nl 0l—Nil.04a 0l—Nil.N2c 02.Nil.06 02.Nil—Nl 02一Nil.04a 02一Nil.N2c 06.Nil.Nl 04.a.Nil.06 06.Nil—N2c 04a-Nil—Nl Nl—Nil.N2c 04a.Nil.N2c 61.48(8) 161.Olf9) 05一Nil—Nl 05一Nil.N2 O4a.Nil.05 0lb.Nil.05 O2b—Nil一05 Nl—Nil—N2 O4a—Nil.Nl 0lb—Nil—Nl 02b—Nil—Nl O4a—Nil—N2 0lb—Nil.N2 O2b—Nil—N2 0lb—Nil.O4a 02b.N订.O4a 0lb—Nil一02b 82.70(1 41 121.85(15) 94.25(13) 89.66(14) 145.13(13) 71.74(14) 163.46(13) 99.50(13) 91.01(14) 96.62(14) 144.53(15) 87.8l(14) 96.73(13) 100.45(13) 57.48(14) 88.58(9) 101.09(8) 92.64(9) 100.10(8) 90.27(1 1) 162.54(8) 92.50(1 01 86.85(8) 97.35(8) 92.79(9) 90.25(1 01 177.22(13) 87.07(1 01 Symmetrycodes:a:一l+x,Y,z,z;c: ,l+y,一l+: Symmetry codes:a:2-x,Y,l/2-z;b:2-x,-y, 表3配合物1的氢键键长和键角 Table 3 Hydrogen bonding for 1 geometry(nnl,。) Symmet ̄codes:a: ,l-y,2 ;b:-l+x,Y,z;c:l ,l-y,l 表4配合物2的氢键键长和键角 Table 4 Hydrogen bonding for 2 geometry(nm,。) Symmetry codes;a:l— ,—y'l—。;b:一 ,Y,l+:;c: ,-y,l/2+z y,z;c:1-x,1— 1-z)。 上的2个N原子配位,形成扭曲的八面体结构。在 这个配合物中,配体HO—H2BDC充当1个四齿桥连 配体分别与3个Ni原子相连.其中1个羧基的2个 0原子与1个Ni原子螯合.而另1个羧基的2个0 在配合物2中.中心金属离子Ni的配位环境如 图2所示.中心原子Ni与来自于3个不同HO— BDC 阴离子羧基上的4个氧原子和同1个2.2一bipy 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 卓 馨等:镍(Ⅱ)的两种配位聚合物的合成、晶体结构和性质 l033 , ^ T ‘, 。,‘ ¨.・1—^ ~ ^ V A ‘~} ^ ● NilB Il・..岍 一.. —.. ’ ’ ’—¨ Symmety codes:rA:一1+ 0 ;B: ,一1+) ,l+z C ’ c ● N’ 图1 配合物1的不对称单元图 Fig.1 Asymmetry unit of complex 1 ●O 图3 配位聚合物1的二维网状结构 Fig.3 l'wo—dimensional network structure of complex 1 原子分别与2个不同的Ni原子配位,通过HO. BDC- ̄一阴离子的不同配位而形成一个一维链结构(如 图4a所示1 在配位聚合物2中存在1个双核Ni的 类船式结构的八员环(如图4b所示1,Ni.Ni之间的 距离为0.41 nm 通过HO.BDC2一阴离子桥连配位形 Symmetry codes:A:2一 ,l/2—z;B:2一 ,一y,-z 成的zigzag链中还存在1个双核十六员环(见图 4b1.Ni.Ni之间的距离为0.76 ilin 处于同侧的相邻 2个2,2 .hipv所在的平面几乎相互平行(如图4c所 图2配合物2的不对称单元图 Fig.2 Asymmetry unit of complex 2 、. k 广 ‘, , 瓣 ・、‘  ,~^\ , . ● . :: ~立 、、 、 : 、 、, ~ :: \‘- ~~~ .-r “ 慧 广 、 。 O N N ●O 图4(a)配合物2的一维链状结构(b)配合物2中通过HO—H2BDC ligands to Ni形成的八员环和十六员环(c) 配合物2通过氢键形成的二维网状结构 Fig.4(a)Onedimensional chain of complex 2.(b)A view of complex 2 showing the formation of eight—atom(A)and 1 6一atom(B) subrlngs by coordination of the HO—H2BDC ligands to Ni.The 2,2'-bipy ligands have been omitted for clarity.fc) The two—dimensional network formed by 0一H…0 hydrogen—bonding interactions fdashed lines、 维普资讯 http://www.cqvip.com 1034 无机化学学报 第23卷 示1。因此存在很强的7r.7r堆积效应。在这个配合物 中,作为四齿配体的HO.H BDC的1个羧酸根上的 2个O原子直接跟同一个Ni原子螯合.其Ni.O键 长分别为0.223 3f4)和0.229 1(4)nm,另一个羧酸根 (霍丽华)’et a1.Wuji Huaxue Xuebao(Chinese Chem.),2005,21(8):1 195-1 198 Inorg 【3】LI Wen.Ge(李文戈),WANG Zuo.Wei(王作为),CAI Ya (蔡亚),et a1.Wuji Huaxue Xuebao(Chiesne Inorg. 上的2个O原子则跟2个不同的Ni原子相连.其 Ni.O键长分别为0.2124f4)和0.213 9(3)nm,比前者 略短。Ni.N键长分别为0.223 4(4)nm和0.223 9(4) Chem.),2005,21(12):1857 ̄1860 [4】ZHUO Xin(卓馨),LI Yi-Zhi(李一志).Wuji Huaxue Xuebao (Chinese上Inorg.Chem.),2Oo6,22(10):1788 ̄1792 nm,比文献报道的略短[14,15]。在该化合物中存在3种 类型的氢键:游离H O与.CO0一中的O1a和04b所 形成的氢键(015一H15C…O1a:015一H15D…04b1; 酚羟基中的O与游离H 0分子所形成的氢键fO3一 H3…O15c)(对称操作a:-x,y,1 : ,-y,l/2+z;c:1 , 一 y,1 )。在这个配位聚合物中.由于存在很强的氢 键,使该配位聚合物由一维链联接为二维网f见图 4c),再通过相邻平面间很强的仃.7r堆积效应.进一 步堆积形成一个三维结构 2.2配合物的光谱性质 以KBr为基质,在4000~400 cm 范围内测定 了标题化合物的红外光谱。在自由配体HO.H,BDC 中,羧基的特征红外吸收位于1 703 cm一 和 1 682 cm 处,而形成配合物1后,吸收峰红移到 1 614 cm~,1 536 cm~,在配位聚合物2中吸收峰红 移到1 578 cm~,l540 cm~,说明了在配位聚合物1、 2中配体的羧基都参与了配位。配合物中苯环特征 峰位于l 540 cm 和l 503 cm一 处.在l442 cm一 和 1 427 cm 出现了.CO0对称弯曲振动特征峰 参考文献: …1 Richard P B,Thomas D M,Nirmal S,et a1.上Chem.Soc.. 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