卤代芳香酸配体桥联的金属有机骨架材料的合成与性质的研究

论文摘要

金属有机骨架（MOFs）材料是一类具有广阔应用前景的新型多孔材料,特别是在催化剂、传感器和气体储存等领域。本文对含卤代芳香羧酸配体的金属有机骨架材料进行了合成,并对配合物的结构和性质进行了研究。合成了2,3,5,6-四氯对苯二甲腈、2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲腈和2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲腈三种有机配体,其结构经IR和元素分析表征。以2,3,5,6-四氯对苯二甲酸为原料,经酰氯化、氨解、脱水3步反应合成得到2,3,5,6-四氯对苯二甲腈,总收率为72.5%。以均三甲苯为原料,经氯化、溴化、氧化、酰氯化、氨解、脱水等步骤合成得到2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲腈,总收率为32.8%。以均三甲苯为原料,经溴化、水解、氧化成醛,再成肟,然后肟脱水生成2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲腈,总收率为21.7%。以2,3,5,6-四氯对苯二甲腈为配体,与Cd（NO3）2·4H2O通过溶剂热法合成得到配合物[Cd（C8Cl4O4）（C5H5N）3]n,产率为82%（以Cd为基准计算）,通过元素分析、IR和单晶X-射线衍射的测定对其结构进行了表征,并研究了其荧光性质和热稳定性质。配合物的基本结构单元中,中心Cd（II）离子采取六配位的形式,分别与来自2个双齿配位的2,3,5,6-四氯对苯二甲酸羧基上的氧原子,1个单齿配位的2,3,5,6-四氯对苯二甲酸羧基上的氧原子和3个吡啶上的氮原子配位,形成一个扭曲的八面体。配合物中羧酸配体以反式单齿和螯合双齿两种配位模式与Cd（II）离子桥联成一维锯齿链状结构。固定配体和配合物的激发波长分别为282nm和287nm,测定了配体和配合物的荧光效应,配合物的荧光强度显著增强。对配合物进行热重分析,低于180℃时基本上没有重量损失,这表明配合物有较高的热稳定性。通过对上述配体及配合物的合成、结构和性质的研究,使我们对其性质有了较深的了解,也为我们进一步的研究工作奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 金属有机骨架材料的发展
• 1.2 金属有机骨架材料的合成理论
• 1.2.1 电荷平衡与骨架中的相互作用
• 1.2.2 配体的配位模式
• 1.2.3 次级构造单元（Secondary Building Units, SBU）
• 1.3 金属有机骨架材料的合成
• 1.3.1 原料的选择
• 1.3.2 合成方法
• 1.4 金属有机骨架材料的结构影响因素
• 1.4.1 反应物配比
• 1.4.2 模板试剂和溶剂
• 1.4.3 温度和pH 值
• 1.5 金属有机骨架材料的分类
• 1.5.1 含羧基有机配体的MOFs 材料
• 1.5.2 含氮杂环有机配体的MOFs 材料
• 1.5.3 羧酸与含氮杂环混合配体的MOFs 材料
• 1.5.4 两种羧酸混合配体的MOFs 材料
• 1.5.5 两种金属离子共存的MOFs 材料
• 1.6 金属有机骨架材料的应用
• 1.6.1 催化剂
• 1.6.2 气体储存
• 1.6.3 吸附分离
• 1.6.4 光学、电学和磁学材料
• 1.7 本课题的立题依据及研究内容
• 第二章 卤代芳香羧酸配体的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 2,3,5,6-四氯对苯二甲腈的合成
• 2.3.1 2,3,5,6-四氯对苯二甲酰氯的合成
• 2.3.2 2,3,5,6-四氯对苯二甲酰胺的合成
• 2.3.3 2,3,5,6-四氯对苯二甲腈的合成
• 2.3.4 小结
• 2.4 2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲腈的合成
• 2.4.1 2,4,6-三氯-1,3,5-三甲苯的合成
• 2.4.2 2,4,6-三氯-1,3,5-三（溴甲基）苯的合成
• 2.4.3 2,4,6-三氯-1,3,5-三（乙酰氧甲基）苯的合成
• 2.4.4 2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲酸的合成
• 2.4.5 2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲酰氯的合成
• 2.4.6 2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲酰胺的合成
• 2.4.7 2,4,6-三氯-1,3,5-苯三甲腈的合成
• 2.4.8 小结
• 2.5 2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲腈的合成
• 2.5.1 2,4,6-三溴-1,3,5-三甲苯的合成
• 2.5.2 2,4,6-三溴-1,3,5-三（溴甲基）苯的合成
• 2.5.3 2,4,6-三溴-1,3,5-三（乙酰氧甲基）苯的合成
• 2.5.4 2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲醇的合成
• 2.5.5 2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲醛的合成
• 2.5.6 2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲醛肟的合成
• 2.5.7 2,4,6-三溴-1,3,5-苯三甲腈的合成
• 2.5.8 小结
• 2.6 本章小结
• 第三章 金属有机骨架材料的合成与性质
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂与仪器
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 配合物的合成
• 3.4 配合物的晶体结构
• 3.4.1 晶体结构测定
• 3.4.2 晶体结构解析
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 红外光谱
• 3.5.2 电子光谱
• 3.5.3 荧光光谱
• 3.5.4 热重分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文