4，4’－联苯二乙酰丙酮桥联双核铜（Ⅱ）配合物的合成、EPR谱与热分析

梅光泉，周建良，刘万云，应惠芳

（1.宜春学院 江西省高校应用化学与化学生物学重点实验室，江西 宜春 336000；2.中南大学 化学化工学院，长沙 410083）

4，4’－联苯二乙酰丙酮桥联双核铜（Ⅱ）配合物的合成、EPR谱与热分析

梅光泉1＊，周建良2，刘万云1，应惠芳1

（1.宜春学院 江西省高校应用化学与化学生物学重点实验室，江西 宜春 336000；2.中南大学 化学化工学院，长沙 410083）

在碱性条件下，以4，4’－联苯二乙酰丙酮和二苯甲酰甲烷为原料合成了新型固态三元配合物［Cu2（C22H20O4）（C15H11O2）2］，并用元素分析、电导率、红外光谱、电子光谱和电喷雾质谱对其进行了表征，确定了配合物的组成，研究了配合物在氮气气氛中的热分解行为.对配合物测量了室温固体电子顺磁共振谱，定性探讨了配合物的分子几何构型，得到了其波谱参数（g＝2.1082）.

4，4’－联苯－3，3’－二（2，4－戊二酮）；铜（Ⅱ）配合物；合成；电子顺磁共振；热分析

近年来，通过合理设计各种含氧、氮等原子配体与金属盐的反应合成简单的模型化合物来研究复杂的金属蛋白、金属酶已经成为生物无机化学的研究热点之一［1-2］.而铜的配合物因具有特殊的磁学、电学、光学等性质，在材料、催化等许多领域表现出应用价值，其中对双核配合物，包括同双核和异双核配合物的研究尤为广泛和深入，也成为人们关注的热点［3］.本文在成功合成桥联配体4，4’－联苯二乙酰丙酮的基础上［4］，合成了双核铜（Ⅱ）四氧杂环混合配体配合物［Cu2（C22H20O4）（C15H11O2）2］.通过各种物理手段，如 ESI－MS、EPR、TG、DSC等对标题配合物进行了详细的表征和性质研究.

配合物的合成路线如下（见式1）.

式1 配合物的合成路线Scheme 1 Synthetic route of Cu complex

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

无水甲醇（北京化工厂，分析纯，经镁回流除水蒸馏）；乙腈（北京益利精细化学品有限公司，分析纯，经CaH2回流除水蒸馏）；苯（天津化工厂，分析纯，用钠干燥，重蒸）；Cu（ClO4）2·6H2O（自合成，铜的含量分析方法参考文献［5］）；其它试剂和药品均为分析纯.

Flash EA1112元素分析仪（美国热电公司）；Bruker DMX400（400MHz，德国 Bruker公司）；Shimadzu UV－2550型紫外可见分光光度计（日本岛津公司）；Bruker TENSOR 27型红外光谱仪（KBr压片法，德国 Bruker公司，4000～400 cm－1）；Finnigan LCQ质谱仪和 Thermo Finnigan DECAX－3000LCQ Deca XP质谱仪（乙腈－甲醇作流动相，美国Finnigan公司）；TA DSC－Q10型差示扫描量热分析仪和TA TGA－Q50型热重分析仪（热分析实验在氮气气氛下进行，N2的流速为50mL／min，加热速率为10℃／min，美国TA公司）；Bruker ESR－420电子顺磁共振谱仪（X－射线频率段，频率9 656.258Hz，扫场5 000G，微波功率10dB，调制频率100kHz，场调制强度1 Gpp，增益2×105，时间常数0.5s，中心磁场3200G，扫场范围1 000G／60cm，扫描时间300s，德国Bruker公司）；DZF－2001型真空干燥器（上海浦东荣丰科学仪器有限公司）；DDS－11A型数显电导率仪（上海雷磁新泾仪器有限公司）；DLSB－5L／40低温冷却循环泵（巩义市予华仪器有限责任公司）.

1.2 配体4，4’－联苯二乙酰丙酮和二苯甲酰甲烷的合成

分别见文献［4，6］.

1.3 双核铜（Ⅱ）配合物的合成

59.7mg（0.24mmol）二苯甲酰甲烷、43.2 mg（0.12mmol）4，4’－联苯二乙酰丙酮和91.0mg（0.24mmol）Cu（ClO4）2·6H2O 的20mL混合溶液（甲醇∶水＝1∶1），在室温搅拌0.5h后成混浊液，加3滴三乙胺，回流，反应3h，溶液变成草绿色混浊溶液，冷却，过滤，经水、甲醇洗涤，60℃下真空干燥得到106.2mg草绿色粉末.产率96.0%.ESI－MS（m／z）：922.6（77%），900.4（100%），860.2（70%）.元素分析，按 C52H42O8Cu2（FW＝921.98）的计算值（%）：C，67.74；H，4.59；Cu，13.78.实测值（%）：C，67.43；H，4.11；Cu，13.88.摩尔电导Λm（3.2×10－4mol·dm－3DMF溶液，298K）：9.3S·cm2·mol－1.

2 结果与讨论

2.1 配合物的元素分析、摩尔电导及溶解性

从配合物的元素分析结果来看，实验数据和理论值相吻合，其摩尔电导数值也表明配合物为非电解质化合物［7］，结合对配合物的热重分析无结晶水存在，初步推测所合成的双核金属配合物的可能结构如式1所示.该固态配合物在空气中稳定，难溶于水和氯仿、丙酮、苯等溶剂；微溶于甲醇、乙醇；溶于DMF和DMSO.

2.2 电喷雾质谱分析

配合物的阳离子电喷雾质谱见图1.在921.6（41%），922.6（77%），923.7（72%），924.6（42%）处产生一组具有铜原子同位素特征的峰，这一组峰可以归属为［M＋H＋］＋.

图1 配合物的阳离子ESI－MS谱Fig.1 ESI－MS spectra of title complex

2.3 红外光谱分析

比较该配合物与自由配体二苯甲酰甲烷和4，4’－联苯二乙酰丙酮的红外光谱，发现有较大差别：它们除了在1 700cm－1附近皆无吸收，与自由配体的1 608cm－1相比，羰基的伸缩振动吸收峰均有所红移，这归因于金属配合物中双β－二酮的Keto和Enol之间的互变异构从Diketo转变成Enol形式，酸性质子从Enol羟基上脱离，Enol羟基氧和Enol羰基氧和金属离子螯合形成六元环，使体系共轭程度增大，红外吸收向低频方向移动［8］.另外，从表中数据可看出，配体中的主要红外吸收峰（νC＝O，νC－H，νC＝C，δC－H）表现在配合物中都发生了明显位移，表明它们确已与金属离子配位.

羰基的伸缩振动分裂为1 592cm－1和1 543cm－1两个峰，1 525cm－1附近的吸收为配合物C＝C伸缩振动的强吸收峰，这是配体以烯醇负离子配位的特征［9］，说明配合物中桥基配体4，4’－联苯二乙酰丙酮以烯醇式阴离子形式与Cu2＋离子发生配位.在3 069～2 925cm－1范围内有一个中等强度的宽吸收峰，主要是由该混配物中4，4’－联苯二乙酰丙酮基负离子上甲基、烯键＝C－H和芳环上 C－H 的伸缩振动所致.1 400cm－1和1 368cm－1处的两个吸收峰分别是4，4’－联苯二乙酰丙酮基负离子上甲基的反对称变形振动和对称变形振动.1 590～1 400cm－1有多个强吸收峰为苯环的骨架伸缩振动，它是苯环存在的标志，该吸收峰由于和其它吸收峰重叠而不能明确指认.1 226cm－1处的吸收峰为C－CH3的伸缩振动和C＝C键的伸缩振动的偶合所致.1 024cm－1的吸收峰可归属于4，4’－联苯二乙酰丙酮基负离子上甲基的C－H的摇摆振动峰.744cm－1附近的吸收峰可指派为配合物中苯环上相邻H原子的同位相面外弯曲振动峰；而545cm－1，463cm－1［10］的吸收峰为配合物中配位键Cu—O键伸缩振动峰.

2.4 电子光谱分析

比较金属配合物和配体的紫外可见吸收光谱图及数据［4，6］，发现形成配合物后（图2），配体在268nm和344nm处的二个主要吸收峰均仍然存在，铜配合物的长波紫外吸收峰位置由344nm红移至349nm，摩尔吸光系数变小.这是由于形成配合物分子所造成：金属配位键的生成，使双β－二酮的Keto和Enol之间的互变异构从Diketo转变成Enol形式，配位原子上电子云密度发生改变，增加了整个电子体系的共轭化和离域化程度，分子的平面性有所增强，电子跃迁则需要更少的能量，导致共轭生色团π→π＊跃迁的能量发生变化，表现在电子光谱上是红移现象［11］.配合物与配体谱图相似，说明配体对中心金属离子影响较大，配体与金属离子键合较强所致.没有观察到明显的d－d跃迁.

图2 配合物的紫外－可见吸收光谱Fig.2 UV－Vis absorption spectra of the title complex

图3 室温下双核铜（Ⅱ）配合物的多晶粉末EPR谱Fig.3 EPR spectrum of the title complex at room temperature

2.5 电子顺磁共振谱

由于该配合物在低温下的顺磁共振信号太弱，测试了它的室温粉末EPR谱.室温下固体双核Cu（Ⅱ）配合物的EPR谱，具有轴对称性质.图3中配合物在3200×104T附近呈现的上下不对称吸收信号即为总自旋态为三重态引起的，对应于三重态中ΔMs＝1的允许跃迁，这表明双核铜配合物中存在着弱的各向异性三重态［12］.峰型的上下不对称性意味着配合物中两个铜离子之间存在磁相互作用.

配合物中g⊥＝2.0527和g／／＝2.2192，根据3 g＝2g⊥＋g／／可算出其平均g因子值：g＝2.1082，和二价Cu离子四方平面型的g值相吻合［13］.对于四方形配位构型的二价铜离子，还可以根据G值来进一步说明Cu（Ⅱ）的电子处于dx2－y2或者dxy轨道上，文献［14］指出，G值大小可用来评估处于四角场环境中Cu（Ⅱ）间交换偶合的程度［G＝（g／／－2）／（g⊥－2）］，交换偶合的结果将使G 值小于4.0；当（g／／＞g⊥＞2，且G ＞4）时可以说明二价铜离的电子处于dx2－y2上.根据公式G＝（g／／－2）／（g⊥－2），配合物的G 值为4.16，由此可知，配合物的Cu（Ⅱ）的电子处在四方形平面构型的dx2－y2轨道上，表明二个Cu（Ⅱ）之间交换偶合较二乙酰丙酮桥联双核铜配合物有一定的减弱［15］.因为二乙酰丙酮桥联分子的空间长度远小于4，4’－联苯二乙酰丙酮桥联长度，使核间距较短的二乙酰丙酮桥联双核铜配合物的二个Cu（Ⅱ）之间交换偶合作用增大.

2.6 热谱分析

图4中从Cu（Ⅱ）配合物的TG曲线看到，在至185℃之前没有任何失重，表明无水分子存在.随着温度升高，TG曲线在185～398℃之间出现了二个剧烈的连续失重过程：185～334℃之间失重43.13%，在 DTG曲线的最快失重速率点在315℃；334～398℃之间失重31.10%，在 DTG曲线的最快失重速率点在384℃.其总失重74.23%，对应于失去二个二苯甲酰甲烷和一个C5H8O2（理论值70.36%）.残余物重26.77%，推测为二分子CuO（理论值17.26%）和未充分燃烬的有机碳残渣.

图4 双核Cu（Ⅱ）配合物的TG－DTG曲线Fig.4 TG－DTG curver of title compound

图5中的DSC曲线表明，在不到315℃出现一个的放热过程，随后在341℃附近出现一个几乎连续的吸热过程.DDSC曲线说明DSC曲线的二个峰都是单独、无重复的峰.

图5 双核Cu（Ⅱ）配合物的DSC－DDSC曲线Fig.5 DSC－DDSC curver of title compound

3 结论

以二苯甲酰甲烷为端基配体，4，4’－联苯二乙酰丙酮为桥联配体合成了双核铜（Ⅱ）的新型固态三元配合物，组装反应产率达到96.0%.通过元素分析、电导、IR、UV－Vis、电喷雾质谱和热分析等手段，确证了所得产物的结构.室温下Cu2＋双核配合物的多晶粉末电子顺磁共振谱测试表明，Cu（Ⅱ）配合物的未成对电子处在四方形平面构型的dx2－y2轨道上，二个Cu（Ⅱ）之间有一定的交换偶合，波谱参数g⊥＝2.0527，g／／＝2.2192，g＝2.1082，G＝4.16.

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Synthesis，EPR and thermal analysis of di－copper（Ⅱ）complex with 3，3＇－（biphenyl－4，4＇－diyl）dipentane－2，4－dione－bridged ligand

MEI Guangquan1，ZHOU Jianliang2，LIU Wanyun1，YING Huifang1
（1.Key Laboratory of Jiangxi University for Applied Chemistry and Chemical Biology，Yichun University，Yichun，Jiangxi 336000；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083）

In alkaline medium，a novel 3，3＇－（biphenyl－4，4＇－diyl）dipentane－2，4－dionebridged di－copper（Ⅱ）complex，［Cu2（C22H20O4）（C15H11O2）2］（C15H11O2＝1，3－diphenylpropane－1，3－dione anion；C22H20O4＝3，3＇－（biphenyl－4，4＇－diyl）dipentane－2，4－dione dianion），was synthesized and characterized by the element analysis，conductivity，infrared spectra，electronic spectra and ESI－MS.Thermogravimetry（TG）and differential scanning calorimetry（DSC）for compound in an atmosphere of N2was performed.The solid EPR spectra at the X－band frequencies present the signals corresponding to the dinuclear entity at room temperature，and its electronic structures have been qualitatively investigated.Its parameters have been obtained（g＝2.1082）.

3，3＇－（biphenyl－4，4＇－diyl）dipentane－2，4－dione；di－copper（Ⅱ）complex；synthesis；EPR；thermal analysis

O614.1

A

1000－1190（2011）04－0582－05

2011－06－11.

江西省自然科学基金项目（2010GZH0126）；江西省教育厅科技项目（GJJ11603）.

＊E－mail：yc＿mgq＠163.com.