学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

空旷骨架的亚磷酸镓（铟）化合物的合成及性质研究

作　者: 黄亮亮
导　师: 宋天佑；王莉
学　校: 吉林大学
专　业: 无机化学
关键词: 化合物合成合成法主族金属原子桥开放骨架氢键作用手性骨架有机胺空旷骨架一维链状结构模板剂镓化合物过渡金属溶剂热 phosphite 单晶结构性质表征磷酸镓水热合成咪唑
分类号: O611.4
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

由于在催化,气体吸附和分离,离子交换等方面的潜在的应用,具有开放骨架的无机材料一直是人们研究的热点。Clearfield和他的合作者第一次报道了用假四面体的[HPO3]2-单元来取代四面体的[PO4]3-单元。与[PO4]3-单元相比较,[HPO3]2-单元只能形成三个P-O-M键,这就可能形成一系列的具有新颖骨架结构的化合物。经过几十年的发展,大量的具有新颖拓扑和低的骨架密度的亚磷酸盐被合成出来,用来合成亚磷酸盐的金属已经涉及到大部分的过渡金属,主族金属,以及部分镧系,锕系金属。部分亚磷酸盐化合物的性质也被做了相应的研究,例如2H3O·[Co8(HPO3)9(CH3OH)3]·2H2O和5H3O·[Ni8(HPO3)9Cl3]·1.5H2O (JIS-3)都具有18员环孔道,都表现出了反铁磁的性质。与过渡金属亚磷酸盐相比较,人们对主族金属亚磷酸盐的研究相对比较少,到目前为止仅有约20例被报道,但是它们却表现出了有趣的结构特征。这些化合物大部分是在水热的条件下以有机胺做模板剂来合成的。我们选择合成主族金属镓和铟的亚磷酸盐作为我们的研究内容,通过水热和溶剂热的方法来合成具有新颖结构和一定性质的亚磷酸化合物。通过研究我们得到了十二个具有新颖结构的化合物。在本论文中,我们对这十二个化合物的结构和性质做了详细的描述,并且对其合成条件,如溶剂,温度,反应时间,反应的摩尔配比进行了对比及总结。在Ga2O3—H3PO3—amine体系中,通过改变有机胺和溶剂的种类合成了七个具有新颖结构的亚磷酸镓化合物(化合物1-7)。用2,2’-bipy做配体在水热的条件下合成了一个具有二维层状结构的无机有机杂化化合物Ga3F2(2,2’-bipy)2(HPO3)2(H1.5PO3)2(化合物1)。在该化合物中具有一个特殊以两种构象(Ⅰ,Ⅱ)存在的七聚体Ga3F2N4(HPO3)2(H1.5PO3)2结构单元,这两种构象通过来自HPO3单元的氧原子相互交替连接来组成了具有10员环窗口的二维层。相邻的层沿着a轴以AAAA形式堆积,2,2’-bipy配体修饰这个层并且伸向层间,层与层之间通过吡啶环之间的π-π作用来形成三维超分子结构。荧光测试表明化合物1具有一定的荧光性质。用1,2-DACH做模板剂通过溶剂热的方法,得到了一个含有左右手螺旋链的二维层状化合物Ga(HPO3)F3·(trans-C6N2H16) (2)。这是第一个具有螺旋特征的主族金属亚磷酸盐化合物,而且该化合物对trans-1,2-DACH具有潜在的分子识别功能。在2中有机模板和无机骨架之间存在着强烈的氢键作用,通过这种与众不同的氢键作用,有机模板分子的手性可以传递到无机链上。这反映了在手性有机模板和手性无机链之间存在着手性识别的现象。在溶剂热体系中,用DETA做模板剂,得到了一个具有三维开放骨架的Ga5(OH)2(HPO3)8(C4N3H16)·2H2O (3),在该化合物中同时含有5,6配位的镓原子,这是第一个含有五配位的镓原子的亚磷酸镓化合物。我们对化合物进行了详细的表征,并且详细的考察了合成条件对反应产物的影响。在溶剂热体系中,分别用2-甲基哌嗪和N,N-二甲基哌嗪做模板剂,得到了两个具有相同无机骨架的化合物Ga(HPO3)F2·(C6N2H16)0.5 (4), Ga(HPO3)F2·(C5N2H14)0.5 (5)。这两个化合物具有极低的骨架密度,并且在结构中存在着左手和右手螺旋链。在溶剂热的体系中,以1,4-丁二胺做模板剂,通过调变反应原料的配比得到了两个具有三维开放骨架的化合物Ga2F(HPO3)3·(C4N2H14)0.5 (6)和Ga9(HPO3)14F4 (C4N2H14)2(H2O) (7)化合物6中同时含有4,6配位的镓原子,这在亚磷酸镓中是首次报道的。化合物7含有10员环的孔道。在InCl3—H3PO3—amine—H2O体系中,用水热合成的方法,通过改变有机胺的种类,成功的合成出了三个亚磷酸铟化合物。用DETA做模板剂,合成出了一个具有手性骨架的亚磷酸铟In3(HPO3)6(H3DETA)·2H2O (8)。这是第一个以非手性的有机胺做模板剂来合成的具有手性骨架的主族金属亚磷酸盐。其无机骨架是由一个具有右手螺旋的螺旋带和亚磷酸假四面体相互连接构成。有趣的是,在孔道中存在的三质子化的DETA客体分子和中性的水分子通过氢键组成了一个相互缠绕的客体螺旋链。该客体螺旋链的手性和主体螺旋带的手性是一致的。这种相互缠绕的主客体螺旋结构在亚磷酸盐中比较少见。分别用1,2-DACH和1,3-DAP做模板合成了具有相似结构的化合物[In3(H2PO3)3(HPO3)4]·(trans-C6N2H16) (9)和[In6(HPO3)8(H2PO3)5 (H2PO4)]·(C3N2H12)2 (1O)。化合物9和10都具有相互贯穿的三维开放骨架。化合物9对反式1,2-DACH具有潜在的分子识别能力。化合物10是第一个同时含有HPO3和PO4单元的磷基铟化合物。在Ga2O3—3PO3—H2C2O4体系中,以咪唑作为有机胺,通过改变溶剂的种类成功地合成出两个新颖的亚磷酸草酸镓化合物(11和12)。在DOA和DMF作溶剂的条件下,合成出了一个具有一维链状结构的化合物Ga(HPO3)(C2O4)(C3N2H4)·(C3N2H5) (11)。在该化合物中存在着一个具有四员环窗口的一维梯形链,咪唑分子和[C2O4]2-单元镶嵌在链的两边,相邻链之间的来自咪唑上的N和来自[C2O4]2-单元上的O之间存在着氢键作用,通过这种氢键作用使得该化合物的结构由一维链状成为了三维超分子结构。用EG和H2O作溶剂,得到了一个具有三维开放骨架结构的化合物Ga4(HPO3)4(H2PO3)2 (C2O4)2(C3N2H5)2(C3N2H4)·H20((化合物12)。该化合物中也存在着和化合物11相似的梯形链,该梯形链通过[HPO3]2-单元在bc平面上形成了一个具有4,8-员环窗口的二维层,然后二维层又沿着a轴通过[C2O4]2-单元相互连接组成三维开放骨架。

全文目录

摘要  4-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-49
  1.1 无机微孔材料  13-14
  1.2 磷酸盐系列化合物  14-20
  1.3 亚磷酸盐系列化合物  20-44
    1.3.1 亚磷酸盐系列化合物的研究现状  21-39
    1.3.2 亚磷酸盐化合物的研究热点  39-42
    1.3.3 亚磷酸盐中存在的基本结构单元(SBUs)  42-44
  1.4 本课题选题的目的、意义及主要研究成果  44-46
    1.4.1 本课题选题的目的与意义  44-45
    1.4.2 本文主要研究成果  45-46
  1.5 本文所用测试手段和表征方法  46-47
  1.6 本文所用的原料和试剂  47-49
第二章具有新颖结构的亚磷酸镓化合物的合成与性质研究  49-91
  2.1 前言  49-50
  2.2 具有七聚体结构基元的层状亚磷酸镓Ga_3F_2(2,2'-bipy)_2(HPO_3)_2(H_(1.5)PO_3)_2(1)的水热合成以及表征  50-56
    2.2.1 化合物1的合成方法  50
    2.2.2 化合物1的性质表征  50-52
    2.2.3 化合物1的单晶结构表征  52-56
  2.3 具有左右手螺旋链的层状亚磷酸镓Ga(HPO_3)F_3·(trans-C_6N_2H_(16))(2)的合成与表征  56-64
    2.3.1 化合物2的合成方法  57
    2.3.2 化合物2的性质表征  57-59
    2.3.3 化合物2的单晶结构表征  59-64
  2.4 含有5,6配位的镓原子的开放骨架的亚磷酸镓Ga_5(OH)_2(HPO_3)_8(C_4N_3H_(16))·2H_2O(3)的合成与表征  64-71
    2.4.1 化合物3的合成方法  64
    2.4.2 影响化合物3的合成的因素  64-66
    2.4.3 化合物3的性质表征  66-67
    2.4.5 化合物3的单晶结构表征  67-71
  2.5 具有低骨架密度的亚磷酸镓化合物Ga(HPO_3)F_2·(C_6N_2H_(16))_(0.5)(4)和Ga(HPO_3)F_2·(C_5N_2H_(14))_(0.5)(5)的合成及表征  71-79
    2.5.1 化合物4和5的合成方法  71
    2.5.2 化合物4和5的性质表征  71-73
    2.5.3 化合物4和5的单晶结构表征  73-79
  2.6 以1,4-丁二胺为模板合成的具有三维开放骨架的亚磷酸镓Ga_2F(HPO_3)_3·(C_4N_2H_(14))_(0.5)(6)和Ga_9(HPO_3)_(14)F_4(C_4N_2H_(14))_2(H_2O)(7)的合成与表征  79-87
    2.6.1 化合物6和7的合成方法  79
    2.6.2 化合物6和7的性质表征  79-81
    2.6.3 化合物6和7的单晶结构表征  81-87
  2.7 亚磷酸镓化合物的合成与骨架结构的研究  87-89
    2.7.1 影响亚磷酸镓晶体合成的主要因素  87-89
    2.7.2 亚磷酸镓化合物的骨架结构研究  89
  2.8 本章小结  89-91
第三章具有开放骨架的亚磷酸铟化合物的合成与表征  91-115
  3.1 前言  91-92
  3.2 具有相互缠绕的主客体螺旋的手性亚磷酸铟In_3(HPO_3)_6(H_3DETA)·2H_2O(8)的合成与表征  92-100
    3.2.1 合成原料  92
    3.2.2 化合物8的合成方法  92-93
    3.2.3 化合物8的性质表征  93-94
    3.2.4 化合物8的单晶结构表征  94-100
  3.3 具有相互贯穿的8员环孔道的亚磷酸铟[In_3(H_2PO_3)_3(HPO_3)_4]·(trans-C_6N_2H_(16))(9)和亚磷酸-磷酸铟[In_6(HPO_3)_8(H_2PO_3)_5(H_2PO_4)]·(C_3N_2H_(12))_2(10)的合成及表征  100-110
    3.3.1 原料准备  100
    3.3.2 化合物9和化合物10的合成方法  100-101
    3.3.3 化合物9和化合物10的性质表征  101-103
    3.3.4 化合物9和10的单晶结构表征  103-110
  3.4 亚磷酸铟化合物的合成条件与骨架结构的研究  110-113
    3.4.1 亚磷酸铟合成条件的研究  110-112
    3.4.2 亚磷酸铟化合物骨架的研究  112-113
  3.5 本章小结  113-115
第四章具有开放骨架的亚磷酸-草酸镓化合物的合成与表征  115-127
  4.1 前言  115
  4.2 具有三维超分子结构的亚磷酸-草酸镓Ga(HPO_3)(C_2O_4)(C_3N_2H_4)·(C_3N_2H_5)(11)的合成  115-119
    4.2.1 化合物11的合成方法  115-116
    4.2.2 化合物11的性质表征  116-117
    4.2.3 化合物11的单晶结构表征  117-119
  4.3 三维开放骨架的亚磷酸草酸镓Ga_4(HPO_3)_4(H_2PO_3)_2(C_2O_4)_2(C_3N_2H_5)_2(C_3N_2H_4)·H_2O(12)的合成及表征  119-124
    4.3.1 化合物12的合成方法  119-120
    4.3.2 化合物12的性质表征  120-121
    4.3.3 化合物12的单晶结构表征  121-124
  4.4 本章小结  124-127
第五章结论与展望  127-131
参考文献  131-155
附录  155-177
作者简历  177-179
致谢  179

空旷骨架的亚磷酸镓（铟）化合物的合成及性质研究

内容摘要

全文目录

相似论文