單核銅配合物[CuII(HIPP)(pydc)(H2O)]的合成和晶體結(jié)構(gòu)

楊　華，劉曉莉，惠亞茹，姜炎炎

(延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 延安 716000)

單核銅配合物[CuII(HIPP)(pydc)(H2O)]的合成和晶體結(jié)構(gòu)

楊華*，劉曉莉，惠亞茹，姜炎炎

(延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 延安 716000)

摘要：用溶劑熱合成方法合成了一個(gè)單核銅配合物CuII(HIPP)(pydc)(H2O)，采用元素分析法和X射線單晶衍射法對(duì)該配合物的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.配合物CuII(HIPP)(pydc)(H2O)屬于正交晶系，空間群是Pbca.a =0.663 93(18) nm,b=2.062 2(6) nm,c=2.619 1(7) nm,α=90°,β=90°,γ=90°,V=3.585 9(17) nm3,Z=8,ρc=1.693 g·cm-3,F(000)=1 864,GOF=0.882,R1=0.037 4,wR2=0.111 8 [I > 2σ (I)].中心銅原子與配體脫質(zhì)子2,6-吡啶二甲酸的2個(gè)羧基氧原子和1個(gè)氮原子、HIPP的1個(gè)氮原子和1個(gè)氧原子及1個(gè)水分子中的氧原子形成六配位的變形八面體.結(jié)構(gòu)分析表明晶體中分子間含有氫鍵.

關(guān)鍵詞：2-(2-羥苯基)咪唑并[1,5-a]吡啶；2,6-吡啶二甲酸；配合物；晶體結(jié)構(gòu)

配位化學(xué)是研究配位化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其反應(yīng)內(nèi)在規(guī)律的一門(mén)化學(xué)分支學(xué)科.一系列結(jié)構(gòu)新穎的配合物通過(guò)含N、O的有機(jī)化合物與過(guò)渡金屬反應(yīng)合成，此類(lèi)配合物在吸附、催化、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，是配位化學(xué)的研究重點(diǎn)之一.

咪唑并吡啶(圖1a)是一類(lèi)重要的含氮稠環(huán)化合物，其配位環(huán)境是二齒或多齒，可以和金屬鹽合成一系列具有特定用途的金屬配位化合物[1-2].2,6-吡啶二甲酸(圖1b)中含有O、N給電子體，有多個(gè)配位點(diǎn)，與中心原子存在多種配位方式，這些特征為獲得結(jié)構(gòu)新穎的配合物提供了可能；同時(shí)，吡啶環(huán)的存在為π-π相互作用提供了條件，利用其弱分子間的相互作用力可以合成出具有優(yōu)良磁性、熒光等性質(zhì)的超分子材料[3-6].

本文作者利用2-(2-羥苯基)咪唑并[1,5-a]吡啶(HIPP，結(jié)構(gòu)如圖1c所示)和2,6-吡啶二甲酸為配體與一系列金屬鹽，利用溶劑熱合成的方法獲得結(jié)構(gòu)新穎的配合物，用元素分析和X射線單晶衍射法對(duì)配合物的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，為該類(lèi)配合物的后期應(yīng)用打下了基礎(chǔ).

(a)咪唑并吡啶　　　　　　　　　　(b)2,6-吡啶二甲酸　　　　　　　　　　　　　　　(c)HIPP圖1　化合物結(jié)構(gòu)式Fig.1　Molecular structures

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　儀器與試劑

儀器：Carlo-Erba EA1110 CHNO-S微量分析儀；Bruker SMART APEX II CCD單晶衍射儀；10 mL常壓反應(yīng)釜；SZ-660連續(xù)變倍體視顯微鏡.

試劑：2-(2-羥苯基)咪唑并[1,5-a]吡啶、2,6-吡啶二甲酸、五水合硫酸銅、甲醇、乙腈.2-(2-羥苯基)咪唑并[1,5-a]吡啶由蘇州大學(xué)合成提供，其他常用試劑均為分析純?cè)噭?，通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)買(mǎi)，使用前未經(jīng)進(jìn)一步的純化處理.

1.2　標(biāo)題化合物[CuII(HIPP)(pydc)(H2O)](1)的合成

標(biāo)題化合物的合成路線如圖2所示，合成過(guò)程為：準(zhǔn)確稱(chēng)取配體HIPP (0.010 4 g,0.05 mmol)，2,6-吡啶二甲酸(0.025 1 g,0.05 mmol),五水合硫酸銅CuSO4·5H2O (0.012 5 g,0.05 mmol)，依次加入反應(yīng)釜中，用1 mL甲醇/乙腈(體積比為1∶1)混合溶劑溶解混合物，密封，放入恒溫干燥箱中升溫至80 ℃，在自生壓力作用下恒溫4 d，關(guān)閉烘箱，自然降至室溫，過(guò)濾，有綠色棒狀晶體析出，用甲醇/乙腈(體積比為1∶1)混合溶劑洗滌，干燥，晶體產(chǎn)率為36%，元素分析理論值(按單晶衍射測(cè)定計(jì)算)：C,52.58%; H,3.31%; N,9.20%; 實(shí)驗(yàn)值：C,51.98%; H,3.26%; N,9.14%.

圖2　標(biāo)題化合物的合成Fig.2　The synthesis of target compound

1.3　晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定

選取尺寸大小為0.15 mm × 0.10 mm × 0.10 mm的配合物1，于Bruker SMART APEX II CCD型X射線單晶衍射儀上進(jìn)行檢測(cè)，用石墨單色化的Mo Kα(λ= 0.007 107 3 nm) 輻射為光源，在1.98°<θ<28.44°范圍內(nèi)共收集到了23 496個(gè)衍射點(diǎn)，其中獨(dú)立衍射點(diǎn)為4 489個(gè).晶體結(jié)構(gòu)用直接法解出，對(duì)全部數(shù)據(jù)用全矩陣最小二乘法進(jìn)行修正，結(jié)構(gòu)解析及修正程序?yàn)镾HELX-97，所有的非氫原子是從差值傅立葉圖中確定的并經(jīng)過(guò)各向異性的修正，所有的氫原子都是通過(guò)理論加氫得到的，終偏差因子(對(duì)I>2σ(I)的衍射點(diǎn))，R1= 0.037 4，ωR2= 0.111 8，S= 0.882；差值傅立葉圖中最高電子密度峰Δρmax= 0.035 3 e·nm-3，最低電子密度峰Δρmin= -0.051 0 e·nm-3.測(cè)得配合物的晶體學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，部分鍵長(zhǎng)和鍵角值見(jiàn)表2,CCDC:1026621.

表1　配合物 1的晶體學(xué)參數(shù)Table 1　Crystal data and structure refinement information for complex 1

表2　配合物 1的部分鍵長(zhǎng)和鍵角Table 2　Selected bond lengths and angles for complex 1

2結(jié)果與討論

圖3　配合物的晶體結(jié)構(gòu)Fig.3　Crystal structure of the complex

X射線晶體衍射結(jié)構(gòu)解析結(jié)果表明，該配合物為正交晶系，空間群是Pbca，圖3為配合物的結(jié)構(gòu)單元圖.由圖3可以看出，配合物由1個(gè)銅原子，1個(gè)配體HIPP，1個(gè)脫質(zhì)子的2,6-吡啶二甲酸和1個(gè)游離水分子組成.中心銅原子與脫質(zhì)子2,6-吡啶二甲酸的2個(gè)羧基氧原子和1個(gè)氮原子、配體HIPP的1個(gè)氮原子和1個(gè)氧原子及1個(gè)水分子的氧原子形成六配位的變形八面體結(jié)構(gòu).在赤道平面上皆是與氧原子配位，在軸上與2個(gè)氮原子配位.銅原子與其周?chē)湮辉拥逆I長(zhǎng)在0.189 6 nm到0.230 4 nm之間，Cu-N平均鍵長(zhǎng)為0.191 55 nm，Cu-O平均鍵長(zhǎng)為0.223 01 nm.Cu(1)-O(3) 的鍵長(zhǎng)為0.202 66 nm，Cu(1)-O(4)的鍵長(zhǎng)0.204 98 nm.顯然，Cu(1)-O(4)的鍵長(zhǎng)要比Cu(1)-O(3)的長(zhǎng)，這可能是由于O(4)與配位的水分子形成了分子間氫鍵，而O(3)沒(méi)有形成氫鍵，導(dǎo)致Cu-O鍵長(zhǎng)不同.Cu(1)-N(3)的鍵長(zhǎng)為0.189 6 nm，Cu(1)-N(1)的鍵長(zhǎng)為0.193 5 nm.可以看出銅與咪唑并吡啶上氮原子配位的鍵長(zhǎng)要長(zhǎng)，這可能是由于咪唑環(huán)N(1)是一對(duì)電子參與共軛，吡啶環(huán)N(3)是一個(gè)電子參與共軛，且環(huán)上N的電負(fù)性大于C的電負(fù)性，電子云向N(3)轉(zhuǎn)移，N(3)的電子云密度較大，導(dǎo)致Cu(1)-N(3)鍵長(zhǎng)短些.從堆積方式來(lái)看，相鄰分子之間通過(guò)π…π相互作用形成了二維層狀結(jié)構(gòu)(圖4).配位水分子與2,6-吡啶二甲酸氧原子形成了分子間氫鍵，構(gòu)筑成三維超分子結(jié)構(gòu)(圖5).

圖4　通過(guò)π…π相互作用形成的配合物1的堆積圖Fig.4　Structure of compound 1by π…π interaction

圖5　通過(guò)氫鍵相互作用形成的配合物的氫鍵圖Fig.5　Structure of compound 1 by hydrogen bonding interaction

3結(jié)論

通過(guò)2-(2-羥苯基)咪唑并[1,5-a]吡啶(HIPP)和2,6-吡啶二甲酸為配體，利用溶劑熱合成方法與一系列金屬鹽進(jìn)行了配合物合成，最終獲得了一個(gè)新型銅配合物 [CuII(HIPP)(pydc)(H2O)] (1).利用元素分析和X射線單晶衍射法表征了該配合物的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明配合物為單核結(jié)構(gòu)，金屬離子為畸形八面體構(gòu)型；分子間通過(guò)π…π相互作用堆積成二維層狀結(jié)構(gòu)；同時(shí)分子間含有氫鍵，構(gòu)筑成了三維超分子結(jié)構(gòu).

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：吳文鵬]

Synthesis and crystal structure of [CuII(HIPP)(pydc)(H2O)]

YANG Hua*,LIU XiaoLi,HUI Yaru,JIANG Yanyan

(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,Yan’anUniversity,Yan’an716000,shaanxi,China)

Abstract:[CuII(HIPP)(pydc)(H2O)] was obtained by the reaction of the solvothermal synthesis.The structure and chemical composition of the title complex were determined by elemental analysis and X-ray diffraction analysis.The complex CuII(HIPP)(pydc)(H2O) belongs to orthorhombic system,with space group Pbca,a=0.663 93(18) nm,b=2.062 2(6) nm,c=2.619 1(7) nm,α=90°,β=90°,γ=90°,V=3.585 9(17) nm3,Z=8,ρc=1.693 g·cm-3,F(000)=1 864,GOF=0.882,R1=0.037 4,wR2=0.111 8 [I > 2σ (I)].Copper(II) atom is six-coordinated by two carboxyl oxygen atoms,a nitrogen atom of 2,6-pyridinedicarboxylic acid,a nitrogen atom and an oxygen atom of HIPP,and an oxygen atom of a water molecule,forming an octahedral coordination geometry.The results show that intermolecular hydrogen bonds exist in crystal.

Keywords:2-(2-hydroxyphenyl)imidazo[1,5-a]pyridines; 2,6-pyridine dicarboxylic acid; complex; crystal structure

作者簡(jiǎn)介：楊華(1979-),女，講師，主要從事配位化學(xué)和有機(jī)合成的研究.*通訊聯(lián)系人,E-mail:yanghua_08@163.com.

基金項(xiàng)目：延安市科技局科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目 (2013-KG12).

收稿日期：2014-08-08.

中圖分類(lèi)號(hào)：O614

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-1011(2015)02-0133-04