基于锂配合物模块构建穿插网格的高阶组装结构

章 超, 庞 韬

(安庆师范大学 化学化工学院, 安徽 安庆 246133)

金属-有机骨架(MOFs)因无与伦比的合成可编程性和可调谐性,以及扩展、多孔结构,是一种理想的的化学平台[1-2]。设计、合成具有特殊结构和性能的金属-有机框架配合物是配位化学领域的热点之一。该类化合物不仅具有新颖的高阶晶态堆积,其优越的多孔性能还在催化[3-4]、选择性俘获气体[5-6]、发光材料[7-8]、荧光探针[9-10]、磁性[1]、电传导[11]等领域有潜在应用价值。

含有杂环的有机配体和金属配位,可以构筑具有独特的立体空间构型的MOF多孔材料。该材料具备其他配合物所无法比拟的优越功能。有机多杂环作为有趣的含杂原子配体,因其多样化的配位方式及对酸碱值敏感等特点,理应被广泛引入配合物中,然而对于有机多杂环配体的研究相对少见。

表1 配合物1的晶体参数及精修参数

表2 配合物1的典型键长与键角*

在前期的研究基础上,本文以巴比妥酸、2-吡咯甲醛、二异丙基胺基锂(LDA)为起始底物,一步合成配合物1,省略了中间体有机杂环配体(HL)的提纯过程,并基于该配体构建金属有机框架体系,讨论了含锂配合物[Li(L)]n模块构建穿插网格的高阶组装结构。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker Smart Apex CCD型X-射线单晶衍射仪(经石墨单色化的Mo-Kα射线为入射光,波长为0.71073 Å)。

巴比妥酸、2-吡咯甲醛、LDA、碳酸铯、氯化亚铜、碘,百灵威科技有限公司购；其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

将0.1 mmol的巴比妥酸、0.1 mmol的2-吡咯甲醛与0.1 mmol的吡唑胺类化合物放入耐压管中,在碳酸铯、氯化亚铜、碘及LDA的催化下,于80 ℃反应40 min。将得到的产物进行晶体培养,得到无色晶体1(CCDC: 2032518)。

1.3 X-射线晶体学分析

采用溶剂自然挥发法培养了1的单晶。结构由直接法结合Fourier合成解出,所有氢原子坐标均由理论加氢确定,修正采用Riding方式；所有原子散射因子取自International Tables。晶体参数、数据收集以及配合物的精修参数如表1所示,选择的键长和键角以及标准偏差如表2所示。

图1 配合物1的椭球图

图2 (a、b)配合物1的链状图,(c、d)借助氢键构建分子网格,(e、f)相互穿插的分子网格,(g)穿插网格高阶组装结构

2 结果与讨论

配合物1属单斜晶系,空间群P21/n。配合物的结构图如图1所示。由图1可知,1由3个晶体学上独立的Li(I)和3个HL配体组成。在配合物中, Li—O的键距为1.64(3)Å, C(1)—Li(1)—O(1)为160.8(12)°, C(1)—Li(1)—C(7)的键角为152.0(10)°, O(1)—Li(1)—C(7)的键角为13.1(4)°, C(7)—O(1)—Li(1)的键角为149.0(9)°,其它典型键长及键角数据见表2。

配合物1以“之”字形拓展开来(图2a、 2b),并借助一对互补的N—H…O氢键(N3—H3…O2)形成分子网格的框架(图2c、 2d),另外两个与之方向相反的分子网格通过N—H…O(N2—H2…O3)氢键和C—H…O氢键(C2—H2A…O1)穿插于其中(图2e、 2f),构建成相互穿插的分子网格(图2g),实现由含锂配合物基元模块通过氢键(表3)构建穿插网格的高阶组装结构。

表3 氢键的键长与键角*

通过一锅法制备了一种新型锂配合物,产物结构经X-射线单晶衍射表征。该基元模块延伸的链状结构形成分子网格的框架,并最终通过氢键构建穿插网格的高阶组装结构。