吡嗪羧酸配体及其金属配合物的制备【字数：9929】
摘 要金属有机配合物因其在荧光，催化，吸附，分离，磁性等领域的应用而受到广泛关注。在无机-有机骨架材料领域，吡嗪羧酸类配体对于合成新的骨架结构是一个很好的选择，因为它们兼具N、O的配位优势，从而具有较强的配位能力和多样的配位类型。本文主要先合成中间体3-溴甲基苯甲酸，再将其和1,4-吡嗪反应来合成吡嗪羧酸类配体。将配体分别与金属盐Co(OAc)2·4H2O、Ni(OAc)2·4H2O反应，主要采用溶剂热法，通过调节溶剂的配比，体系温度，反应时间等方法合成含N、O的Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的金属有机配合物，并用红外等方法初步表征了其结构。
目录
1. 前 言 1
1.1 金属有机配位化合物简介 1
1.2 配合物的合成方法 2
1.3 配合物结构的影响因素 3
1.3.1 有机溶剂对配合物结构的影响 3
1.3.2 辅助配体对配合物结构的影响 4
1.3.3 体系pH值对配合物结构的影响 4
1.3.4 反应温度对配合物结构的影响 5
1.4 含N、O金属配合物的应用 5
1.4.1荧光材料 5
1.4.2催化材料 6
1.4.3 气体吸附与储存材料 6
1.4.4磁性材料 7
1.5 本文选题依据与研究内容 8
1.5.1选题依据 8
1.5.2研究内容 9
2. 实验部分 10
2.1 实验药品与器材 10
2.2 配体3pzmiaHBr的合成 11
2.2.1反应原理 11
2.2.2实验步骤 12
2.3 金属有机配合物的合成 12
2.3.1配合物1的合成 13
2.3.2配合物2的合成 14
3. 结果与讨论 15
3.1 配体3pzmiaHBr的表征 15
3.1.1 红外光谱图 15
3.1.2 核磁共振氢谱图 16
3.2 金属有机配合物的表征 16
结语 18
参考文献 19
致 谢 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
前 言
配位化学研究的主要对象为配位化合物，是无机化学中一门新兴的极其重要的分支学科[1]。近几十年来，配位化学一直是化学研究的前沿，在现代化学史上非常活跃，实现了合成，结构，性能及理论研究长期发展以及各种学科的不断相互渗透，并发展出了自身的独特性与新颖性，产生出具有广阔发展前景的前言学科，如金属有机化学、功能配位化学、生物无机化学等[2]。同时随着X射线晶体分析技术、红外光谱、荧光光谱、磁学测量等研究手段的不断提高，人们对配合物有了进一步的了解，其特殊的结构和性能在实际生产中也得到了广泛的关注。特别是在配位聚合物中，在引入超分子化学和晶体功程学的概念后[3]，出现了以下多种新的表达，如有机无机杂化材料、金属有机骨架化合物、金属有机复合高分子等。其中多孔金属有机框架化合物 (MOFs)最受广大研究学者的关注。多孔金属有机骨架化合物作为一种新型晶体杂化材料，具有比表面积大、孔道尺寸可调，催化活性位丰富多样的性质[4]。该类化合物在多相催化、气体储存、选择吸附、非线性光学、化合物分离、药物释放、生物医学传感等领域中有潜在的应用前景，因而它成为了近年来科学家们研究的热点。
1.1 金属有机配位化合物简介
金属有机配位化合物是指中心金属离子与有机配体通过配位键或氢键等相互作用自组装而形成的零维，一维或多维的分子基材料[5]。在过去的二十年中，化学领域的功能性配合物获得了非常大的成功，特别是由以金属离子为中心和有机桥连配体构建的金属有机配位化合物。通过对有机桥联配体的设计、修饰和改性，金属离子的选择和混配，辅助配体的引入等，可以改变配合物的结构，构建新的拓扑网络，大大扩展了金属配位化合物结构和功能的多样性，应用领域的广泛性和多元化，展现了金属配位化合物材料广阔的发展前景。其中配合物的设计和合成可以遵循以下简单原则[6]：配合物的配位形式非常丰富，首先发现可以选择大量金属离子，几乎所有金属离子都可以参与其中，不同的金属离子也具有不同的性质。例如：含有 d10的过渡金属离子合成的配合物被证明具有良好的荧光性能，具有单个电子的金属具有更好的磁性，可能会是合成高效催化剂，应用广泛。此外，有机配体种类繁多，选择性大，因此可以选择各种有机配体作为定向合成功能材料。例如，非中心对称结构可以合成具有良好非线性光学性质；孔洞大、比表面积大的金属有机配合物可以应用于吸附领域。近年来，配位化学家们在设计和合成具有特殊应用的金属有机杂化材料付出了很大的努力，而设计这类材料最常用的策略是利用多齿N或O供体配体，这些配体能够在金属中心之间架设桥梁，形成含氮杂环类或羧酸类配体的功能配合物。其中基于含N / O配体，常见的有吡嗪羧酸，吡啶羧酸、咔唑羧酸等构筑的金属有机配合物兼具了含N和O供体配体的优点，以此为连接体，易获得结构新颖、性能优异、高维度及稳定性好的MOFs材料[7]，因而受到了广大研究学者的关注。
1.2 配合物的合成方法
对于配合物的合成来说配合物晶体的培养至关重要，因为要想研究金属配位化合物的结构就必须培养出好的晶体，从而利用X射线单晶衍射仪进行分析。晶体的培养实质是一个饱和溶液的重结晶过程，合成方法有缓慢扩散法、水热或溶剂热法、微波合成法、电化学合成法等[8]，其中实验室通常采用溶液挥发法、分层扩散法以及水热或溶剂热合成法制备。
溶液挥发法是在常温下，将反应物用一种或多种溶剂溶解，将配好的试剂药品用扎了几个小洞的保鲜膜封口，依靠溶液的不断挥发，使溶液由不饱和达到饱和至过饱和状态，此方法是配合物单晶生长最常用的方法，应用好这种方法可以合成多种多样的配合物，但此方法有很大的局限性，因为有些反应物在各种溶剂中不溶或难溶，不能通过液相合成来获得目标化合物。
分层、扩散合成法的实质是溶液分层，用0.51cm管径的试管，加入溶剂相同或不同的反应液A、B,利用溶剂的密度差异，在重力作用下扩散混合，从而在两层溶液的界面处反应，若在两层溶液的界面处立刻出现沉淀，可以再引入一层溶剂中间层C加入到A和B之间作为缓冲剂，通过调节层的高度来控制扩散速率。除了上述的试管法以外，还可以采用H管，这样晶体通常在横管中析出。这种方法虽然操作简单，但也有自身的不足：反应时间长且对有机配体和金属盐溶解性有很高的要求[9]。
目录
1. 前 言 1
1.1 金属有机配位化合物简介 1
1.2 配合物的合成方法 2
1.3 配合物结构的影响因素 3
1.3.1 有机溶剂对配合物结构的影响 3
1.3.2 辅助配体对配合物结构的影响 4
1.3.3 体系pH值对配合物结构的影响 4
1.3.4 反应温度对配合物结构的影响 5
1.4 含N、O金属配合物的应用 5
1.4.1荧光材料 5
1.4.2催化材料 6
1.4.3 气体吸附与储存材料 6
1.4.4磁性材料 7
1.5 本文选题依据与研究内容 8
1.5.1选题依据 8
1.5.2研究内容 9
2. 实验部分 10
2.1 实验药品与器材 10
2.2 配体3pzmiaHBr的合成 11
2.2.1反应原理 11
2.2.2实验步骤 12
2.3 金属有机配合物的合成 12
2.3.1配合物1的合成 13
2.3.2配合物2的合成 14
3. 结果与讨论 15
3.1 配体3pzmiaHBr的表征 15
3.1.1 红外光谱图 15
3.1.2 核磁共振氢谱图 16
3.2 金属有机配合物的表征 16
结语 18
参考文献 19
致 谢 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
前 言
配位化学研究的主要对象为配位化合物，是无机化学中一门新兴的极其重要的分支学科[1]。近几十年来，配位化学一直是化学研究的前沿，在现代化学史上非常活跃，实现了合成，结构，性能及理论研究长期发展以及各种学科的不断相互渗透，并发展出了自身的独特性与新颖性，产生出具有广阔发展前景的前言学科，如金属有机化学、功能配位化学、生物无机化学等[2]。同时随着X射线晶体分析技术、红外光谱、荧光光谱、磁学测量等研究手段的不断提高，人们对配合物有了进一步的了解，其特殊的结构和性能在实际生产中也得到了广泛的关注。特别是在配位聚合物中，在引入超分子化学和晶体功程学的概念后[3]，出现了以下多种新的表达，如有机无机杂化材料、金属有机骨架化合物、金属有机复合高分子等。其中多孔金属有机框架化合物 (MOFs)最受广大研究学者的关注。多孔金属有机骨架化合物作为一种新型晶体杂化材料，具有比表面积大、孔道尺寸可调，催化活性位丰富多样的性质[4]。该类化合物在多相催化、气体储存、选择吸附、非线性光学、化合物分离、药物释放、生物医学传感等领域中有潜在的应用前景，因而它成为了近年来科学家们研究的热点。
1.1 金属有机配位化合物简介
金属有机配位化合物是指中心金属离子与有机配体通过配位键或氢键等相互作用自组装而形成的零维，一维或多维的分子基材料[5]。在过去的二十年中，化学领域的功能性配合物获得了非常大的成功，特别是由以金属离子为中心和有机桥连配体构建的金属有机配位化合物。通过对有机桥联配体的设计、修饰和改性，金属离子的选择和混配，辅助配体的引入等，可以改变配合物的结构，构建新的拓扑网络，大大扩展了金属配位化合物结构和功能的多样性，应用领域的广泛性和多元化，展现了金属配位化合物材料广阔的发展前景。其中配合物的设计和合成可以遵循以下简单原则[6]：配合物的配位形式非常丰富，首先发现可以选择大量金属离子，几乎所有金属离子都可以参与其中，不同的金属离子也具有不同的性质。例如：含有 d10的过渡金属离子合成的配合物被证明具有良好的荧光性能，具有单个电子的金属具有更好的磁性，可能会是合成高效催化剂，应用广泛。此外，有机配体种类繁多，选择性大，因此可以选择各种有机配体作为定向合成功能材料。例如，非中心对称结构可以合成具有良好非线性光学性质；孔洞大、比表面积大的金属有机配合物可以应用于吸附领域。近年来，配位化学家们在设计和合成具有特殊应用的金属有机杂化材料付出了很大的努力，而设计这类材料最常用的策略是利用多齿N或O供体配体，这些配体能够在金属中心之间架设桥梁，形成含氮杂环类或羧酸类配体的功能配合物。其中基于含N / O配体，常见的有吡嗪羧酸，吡啶羧酸、咔唑羧酸等构筑的金属有机配合物兼具了含N和O供体配体的优点，以此为连接体，易获得结构新颖、性能优异、高维度及稳定性好的MOFs材料[7]，因而受到了广大研究学者的关注。
1.2 配合物的合成方法
对于配合物的合成来说配合物晶体的培养至关重要，因为要想研究金属配位化合物的结构就必须培养出好的晶体，从而利用X射线单晶衍射仪进行分析。晶体的培养实质是一个饱和溶液的重结晶过程，合成方法有缓慢扩散法、水热或溶剂热法、微波合成法、电化学合成法等[8]，其中实验室通常采用溶液挥发法、分层扩散法以及水热或溶剂热合成法制备。
溶液挥发法是在常温下，将反应物用一种或多种溶剂溶解，将配好的试剂药品用扎了几个小洞的保鲜膜封口，依靠溶液的不断挥发，使溶液由不饱和达到饱和至过饱和状态，此方法是配合物单晶生长最常用的方法，应用好这种方法可以合成多种多样的配合物，但此方法有很大的局限性，因为有些反应物在各种溶剂中不溶或难溶，不能通过液相合成来获得目标化合物。
分层、扩散合成法的实质是溶液分层，用0.51cm管径的试管，加入溶剂相同或不同的反应液A、B,利用溶剂的密度差异，在重力作用下扩散混合，从而在两层溶液的界面处反应，若在两层溶液的界面处立刻出现沉淀，可以再引入一层溶剂中间层C加入到A和B之间作为缓冲剂，通过调节层的高度来控制扩散速率。除了上述的试管法以外，还可以采用H管，这样晶体通常在横管中析出。这种方法虽然操作简单，但也有自身的不足：反应时间长且对有机配体和金属盐溶解性有很高的要求[9]。
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