基本信息
- 项目名称：
- 蝴蝶型仿生配合物的合成、结构及光学性质研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 金属有机构架（MOF）在磁性材料，气体吸附，催化剂，传感器和分子识别等方面具有广阔的前景，因而吸引了科研人员的广泛关注。本作品采用常温挥发法合成了配合物[Cd(BTCA)1/2(H2O)3]•H2O (1) 和[SmCu2K(BTCA)2(H2O)4]•2H2O (2)，其中配合物2具有蝴蝶形的二级结构单元并具有发光性能，对新型功能材料的合成及化学仿生学的研究提供了一定的理论依据。
- 详细介绍：
- 近年来，配位聚合物的研究取得迅猛发展，这主要缘于其新奇的拓扑结构和特殊应用，尤其是金属有机构架（MOF）在磁性材料，气体吸附，催化剂，传感器和分子识别等方面具有广阔的应用前景。因此金属有机配体的选择也越来越受到人们的关注。本研究选用的1，2，3，4-丁烷四羧酸（H4BTCA）是一种理想的金属有机配体。本实验采用传统的常温挥发法合成出两种新型配合物[Cd(BTCA)1/2(H2O)3]•H2O (1) 和[SmCu2K(BTCA)2(H2O)4]•2H2O(2)。X-射线单晶衍射表明，在1中，配体与金属连接成为网状结构，并在多种氢键作用下形成三维网状结构。在2中，Sm,Cu,K三种金属与配体形成蝴蝶形二级结构单元，在羧基和金属作用下扩展成三维构架。同时，对2进行的光学测试研究表明，2是一种潜在的发光材料。 此研究对新型功能材料的合成，以及化学仿生学的研究提供了一定的理论依据，为稀土化合物作发光材料提供了广阔的应用前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写的目的： （1）研究仿生配合物的新方向和内容。 （2）研究用自组装方法合成具有仿生结构的配合物的结构与功能的关系。 作品撰写的基本思路： （1）对配体和异金属中心离子进行选择并通过常温挥发法合成配合物。 （2）各种手段对配合物结构进行表征并对配合物2进行荧光测试。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究属于无机化学、仿生化学与功能材料的交叉领域，对开发具有仿生结构的新型功能材料具有理论意义。独特之处：(1)首次合成了配合物[Cd(BTCA)1/2(H2O)3]•H2O(1)和[SmCu2K(BTCA)2(H2O)4]•2H2O(2),并发现包含三种金属的配合物2具有仿蝴蝶型单元结构而且像某些蝴蝶一样具有发光能力。(2)以脂肪链羧酸为配体，通过配体的自由旋转很好地调控了目标配合物的空间结构。
应用价值和现实意义
- 本研究中合成的一种新颖的蝴蝶型仿生单元结构的配合物，对化学仿生学中的结构仿生研究具有积极意义；以本研究为基础发表的论文丰富了配位化学研究领域的内容；本研究中所特有的仿生结构和荧光性能对开发具有仿生结构的新型功能材料具有一定的基础理论意义。
学术论文摘要
- 在室温条件下，利用1,2,3,4-丁烷四羧酸（H4BTCA）为配体合成出了两个新型的配合物[Cd(BTCA)1/2(H2O)3]•H2O (1) 和[SmCu2K(BTCA)2(H2O)4]•2H2O (2)。用元素分析和红外光谱对化合物进行了表征。通过X-射线单晶衍射测定了配合物的晶体结构，表明配合物1是一个二维网状结构，而配合物2呈现出异金属的三维构架结构，并且包含蝴蝶形的二级结构单元。同时，对配合物2的荧光性质做了进一步的研究。
获奖情况
- 发表在《 Inorg. Chem. Commun.》杂志的论文一篇。
鉴定结果
- 辽宁科学技术情报研究所查新结论：关于仿蝴蝶型配合物和以BTCA为配体合成的配合物已见文献报道，但委托单位以上述查新点为特征的“蝴蝶型仿生配合物的合成、结构及发光性能研究”，国内未见相同研究的文献报道。
参考文献
- [1]H.L.Li, M.Eddaoudi, M.O’Keeffe, O.M.Yaghi, Nature. 1999,402,276. [2]R.Breslow, D.D.Steven, Chem.Rev. 1998,98,1997. [3]B.L.Chen, M.Eddaoudi, S.T.Hyde, M.O’Keeffe, O.M.Yaghi,Science. 2001,291,1021.
同类课题研究水平概述
- 配合物以其丰富多样的配位键形式和空间结构在化学键理论的发展中，及其与物理化学、有机化学、固体化学、材料化学生物化学和环境化学等学科的相互渗透中，成为众多学科的交叉领域而格外引人注目，并且由此形成了许多富有生命力的崭新的边缘学科领域。近二三十年来，配位化学的研究重点主要集中在生物配位化学和以开发新颖光学、电学和磁性分子材料为主要目的的功能配位化学。在上世纪中后期以著名科学家C. J. Pedersen、J. M. Lehn和D. J. Cram教授由于在“超分子化学”的卓越成果和开拓性贡献，在1987年他们共享了诺贝尔化学奖为标志使配位化学得到了更加飞速的发展。配位聚合物是超分子化学发展的新方向，是晶体工程的一个重要领域。配位聚合物研究的极大兴趣和迅猛发展主要缘于这些化合物所展现出来的新奇的拓扑结构及其特殊应用上。就结构而言，各种迷人的拓扑结构在大量的文献中被报道，如一维链状和梯状结构，二维方格型、砖墙型、蜂窝型结构以及三维多孔型、金刚石型结构等。这些纷繁复杂的结构给配位聚合物带来了丰富的内容。就应用方面而言，配位聚合物在类沸石型分子筛、催化、荧光探针、磁性材料及传感器等方面取得了重要进展。如美国化学家Yaghi合成了一系列的具有良好的吸附能力的配位聚合物。日本化学家Fujita合成了对加速氰基甲硅烷基化反应具有催化性能的平面网状聚合物。 化学仿生学是在分子生物学迅速发展的推动下，化学与仿生学之间产生的边缘学科，主要是在分子水平上模拟生物的结构与功能。配合物由于具有多样性的结构特征，其仿生学在模拟酶、模拟生物膜等领域有着重要的应用，但是迄今为止关于异金属配合物的仿生学研究报道较少。 2005年，《Science》报道了美国科学家的研究成果，发现一种非洲燕尾蝶的翅膀上的鳞状覆盖物具有发光二极管的特征，这引起了科研人员的极大关注。 据此，开展配合物的仿生学研究是一项具有科学意义的工作。
