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1、摘 要 本文以 2 吡嗪甲酸和 SmCl3 6H2O 反应得到 2 吡嗪甲酸钐配合物 并用 X 射线单晶结 构分析进行表征 X 射线单晶结构分析表明 2 吡嗪羧酸钐配合物属于正交晶系 空间 群为 Pbcn 相关晶胞参数 a 16 154 3 b 12 357 3 c 20 525 4 a g 90 V 4097 1 配合物中钐原子被三个氮原子六个氧原子包围 形成一个稍微畸 变的 9 配位化合物 其中只有一个配位氧原子来自水分子而其他配位氧原子则由 2 吡嗪 羧酸配体提供 通过相邻配体氢键作用形成三维超分子网状结构 关键词关键词 2 吡嗪羧酸 钐配合物 氢键 晶体结构 表征 A Abstract
2、bstract The coordination compound Sm pya 3 H2O H2O 3 n was obtained by reaction of 2 pyrazinecarboxylic Acid Hpya with SmCl3 6H2O and it was characterized by X ray diffraction single crysture analyses indicate that the compound crystallize in space group unit cell parameters related to a 16 154 3 b
3、12 357 3 c 20 525 4 a g 90 V 4097 1 The complex of Sm atom surrounded by three atoms and tow oxygen atoms form a slightly distorted with nine atoms coordination in which one ligand oxygen atom from a water molecule with other atoms by 2 pyrazine carboxylic acid ligands provided KeyKey words words 2
4、pyrazinecarboxylic Acid Samarium complex Hydragen bonds crystal structure characterization 目目 录录 摘 要 I 前 言 1 1 文献综述 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 2 1 1 2 1 3 1 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 4 1 2 1 4 1 2 1 1 4 1 2 1 2 4 1 2 1 3 4 1 2 1 4 1 2 2 5 1 2 2 1 5 1 2 2 2 5 1 2 2 3 5 1 2 2 4 6 1 3 总体研究容及研究方案 6 2 实验部分 6 2 1
5、药品试剂与仪器设备 6 2 1 1 药品试剂 6 2 1 2 仪器设备 7 2 2 配合物的合成 7 2 3 结构测定 7 3 结果与讨论 8 3 1 配合物的结构分析 8 3 1 1 配合物 Fe 2 pac 2 2H2O 的结构分析 8 结 论 11 致 谢 13 参考文献 14 前前 言言 配位化合物 coordination compound 简称配合物 complex 是一类化合物的 总称 自 1893 年 Werner 提出配位化学理论以来 配位化学的发展已有 115 年的历史 总的来说 现代配位化学的研究无论是在深度 广度还是在应用方面都已经远远超出最 初的纯无机化学围 它不仅于
6、有机化学 分析化学 物理化学 高分子化学等学科相互 关联 而且还涉及到催化机理 物质结构 化学键理论及生命现象中一系列与金属离子 相关的重要问 形成了有机金属化学 配位催化 配位场理论以及生物高分子化学等新 的充满活力的边缘学科 到了 21 世纪 配位化学与所有二级化学学科以及生命科学 材 料科学 环境科学等一级学科都有联系 并处于现代化学的中心地位 同时 在应用方 面 配位化学已被应用到燃料和反应堆材料的生产 稀有金属和有色金属的提取 半导 体激光材料的提纯 石油化工及有机高分子合成 高效高选择性配位催化剂的设计和制 备 抗癌 杀菌 抗风湿等重要药物的研究等都有广泛的应用 目前 随着合成技术
7、和检测手段的飞速发展 配位化合物中的 中心原子 和 配 体 的概念大大扩充 中心原子由过渡金属 稀土金属发展到主族金属 配体也已由单 纯的有机分子或离子扩展到分子氢键结合的超分子化合物 即配位聚合物 对于有机配 体而言 它与金属离子之间存在多种作用力 而使其可能形成各种各样的一维 二维和 三维网状结构的多功能配合物 常表现出双稳态 磁性 选择性 吸附性和催化等多种 多样的性质 从理论上讲 无机金属离子有可能赋予配位聚合物不同寻常的磁性 介电 性 光学性质 机械强度和热稳定性 而有机分子 或离子 有可能形成配位聚合物分 子结构的多样性 发光性和一定程度的极化 因此 基于这种性质互补方式合成了大量
8、 具有特殊结构和功能的配位聚合物 这对于我们的工农业有着巨大的理论和现实意义 从上述理论出发 我们将用 2 吡嗪羧酸与 SmCl3 6H2O 合成一种新型的 2 吡嗪羧酸 配合物 并用红外光谱 紫外可见光谱 元素分析 荧光分析以及 X 射线单晶衍射进行 表征 文献综述文献综述 1 11 1 配位化学起先是在无机化学基础上发展起来的一门边沿学科 自从 Werner 在 1893 年提出配位化学理论以来 配位化学的发展已有 115 年的历史 总的来说 当代的配位 化学沿着广度 深度 和应用三个方向发展 涵也有了很大的变化 在过去的一个世纪 中 配体 和 中心原子 的概念也大大扩充了 配体已经由单纯
9、的有机分子或离子扩 展到分子氢配体 分子氮配体 分子氧配体 二氧化碳配体 还包括配合物配体以及冠 醚等用非共价键结合的超分子配体 中心原子也已由过渡金属 稀土金属发展到主族元 素 到了 21 世纪 配位化学与所有二级化学学科 以及生命科学 材料科学 环境科学 等一级学科都有紧密的联系和交叉渗透 如今 配位化学已远远超出无机化学的围 正 在形成一个新的二级化学学科 并且处于现代化学的中心地位 1 1 11 1 1 从配位化学到超分子化学 超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起 组装成复 杂的 有组织的聚集体 并保持一定的完整性 使其具有明确的微观结构和宏观特性 超分子化学
10、以分子间由非共价的弱相互作用结合而成的多分子体系为研究对象 是化学 科学研究领域的一个重要扩展 使化学由专门研究共价键和由此形成的多原子集聚体拓 展到研究共价键与非共价弱相互作用 包括配位键 氢键 堆积作用 静电作用 疏水缔合作用 金属 金属作用等相互共存时的复杂体系 维尔纳 Werner A 1893 年 创建了配位化学理论 标志着现代配位化学的开端 这是化学学科的一次升华 而超分 子化学作为化学学科的又一次升华 将共价键 分子间弱相互作用融为一体 组成更复 杂 更具功能性 甚至更有序的多分子体系 配位化学的建立对于打破无机化学与有机 化学的界限起了极大的推动作用 而超分子化学的出现则不仅淡
11、化了无机化学与有机化 学的界限 还进一步为化学 物理学 材料科学 生命科学的交叉与合作创造了一个极 好的切入点 超分子化学的奠基人之一 1987 年度诺贝尔化学奖获得者 法国著名化学 家莱恩 Lehn J M 曾多次指出 在某种意义上说 超分子化学可以被看作是推广了的 配位化学 确实 超分子化学的许多基本概念乃至术语 例如 受体 receptor 底物 substrate 识别 recognition 组装 assemble 等都可以在配位化学中找 到它们的发展线索 而能够直接将配位化学与超分子化学连接起来的桥梁则是配合物分 子和分子间的配体间弱相互作用 超分子概念的引入赋予了配位化学更强的生
12、命力 将 配合物化学与超分子化学结合起来的超分子配合物化学 尤其是晶体工程和配位聚合物 等方面的研究 已成为当前配位化学研究的热点和前沿域之一 1 1 21 1 2 配位化学与新材料 从经典配位化学理论的提出 到超分子化学理论的建立 如今的配位化学迎来了新 的战略机遇和发展平台 徐光宪院士对化学学科所作的比喻非常形象而又恰当地指出了 配位化学的重要性以及发展前景 即配位化学必须在依靠其他二级化学学科的基础上 和材料化学以及生命科学相结合才能是实现更好的发展 才是配位化学领域的研究前沿 和最终目标之一 过渡金属超分子配合物是金属和有机配体依靠共价键或非共价键方式结合的聚集体 表现出结构和性能可调
13、的特征 因其在导电 磁性 吸附 分离和催化等领域具有潜在 的应用 具有特殊物理 化学和生物化学功能的超分子配合物在国际上得到蓬勃的发展 因此 超分子配合物可以说是无机 有机杂化和复合材料的粘结剂 如果人们能够很好 的控制超分子的自组装过程 就可以设计构筑具有特定功能的化合物 实现从分子到材 料的转变 下面从磁性材料 多孔材料 含能材料三个方面简要介绍一下近年来配位化 学与新材料领域的研究进展 1 1 2 11 1 2 1磁性材料 分子磁性研究是近年来蓬勃发展的跨学科前沿研究领域之一 分子磁性的研究 其 主要任务是研究和阐明分子体系中自旋载体之间的相互作用及其机理 揭示分子磁性与 结构之间的相关
14、性规律 发现和研究新的物理现象 随之配位化学的发展 与配合物有 关的分子基磁体的设计合成 结构和磁性日益受到化学工作者的关注 此外 自旋交叉 单分子磁体和单链磁体也成为分子基磁性材料研究中的热点课题 1 1 2 21 1 2 2 多孔材料 近年来 由于在催化 分子识别 主客体交换 气体吸附等方面所具有的诱人的应 用前景 设计合成稳定的具有纳米级孔洞的多孔配合物已经成为超分子配合物化学研究 的一个热点领域 日本的北川进 Kitagawa S 教授 美国的奥马尔 Omar M Yaghi 教 授等人领导的科研小组在这一方面开展了系统而深入的研究工作 得到了一系列结构稳 定 具有可逆吸附 H2 O2
15、 N2 Ar CH4等气体分子以及 CCl4 CH2Cl C2H6等有机溶剂蒸气分子 的多孔配合物 1 1 2 31 1 2 3 含能材料含能材料 以含氮脂肪烃和含氮杂环化合物为配体的配合物具有良好的安定性和强烈的爆炸性 可用作军用 民用火工品 爆破器材的起爆药 起爆装药及含能催化剂 含能配合物是 含能配体形成的具有一定爆炸性能的配合物 它的出现 预示着钝感 含能 环保材料 的一个重要发展方向 美国已从含能配合物中选出燃速为 320mm s 代号 CP 高氯酸五 氨 2 5 氰基四唑酸根 和钴 III 一种安全钝感行能良好 与其它几种常规炸 药相容性好 具有相对良好的热安定性的无机炸药 用于原
16、子弹的起爆药 1 21 2配合物的合成方法配合物的合成方法 1 2 11 2 1 简单的合成方法简单的合成方法 国用于过渡金属配合物合成地方法简单的讲 可分为直接法和间接法 2 种 所谓直 接发就是由 2 种或 2 种以上的简单化合物 不是配合物 反应直接生成配合物的方法 而间接法则是从配合物出发通过取代 加成或消去 氧化还原等反应间接的合成配合物 的方法 间接法也称诱导法 另外还有特殊的配合物的合成方法有模板合成法水热法分 层扩散法固相合成法 1 2 1 11 2 1 1 加成反应加成反应 简单加合反应制备配合物即属于直接法 这种反应实际上是路易斯酸 碱反应 这 一反简单 多数是在常温常压的温和条件下完成 例如 由 CuSO4 5H2O 和 NH3出发合成 Cu NH3 4 SO4 H2O CuSO4 5H2O 4NH3 Cu NH3 4 SO4 H2O 4H2O 1 1 该反应就是在浓的硫酸铜水溶液中加入氨水 然后再加入适量的乙醇以降低产物的 溶解度 即可得到配合物 Cu NH3 4 SO4 H2O 的结晶 1 2 1 21 2 1 2 取代反应取代反应 利用取代的配体交换反应来合
