氢键、芳环堆积构筑的多维超分子结构的合成与结构研究

摘要

科学家已经对分子或离子通过分子间作用力如氢键、芳环堆积自组装成有特殊结构的超分子体系作了大量的研究。这些超分子作用力在材料、生命系统(如光合系统Ⅰ、光合系统Ⅱ、水通道、离子通道等)的结构和功能等方面表现出了重要的作用。二十世纪，人们通过量子化学和X射线晶体学深入地认识了分子和晶体的结构，以及共价键、金属键和离子键的本质。二十一世纪要求人们深入地认识超分子的结构以及分子间相互作用的本质。 为了研究M-L(金属-配体)配位键、芳环堆积等分子间作用力的本质，及芳环堆积、氢键等分子间作用力在分子自组装成多维的超分子结构中的影响和作用，本文用邻羟基苯甲酸根(oHBA)、间羟基苯甲酸根(mHBA)和对羟基苯甲酸根(pHBA)作为阴离子配体，苯并咪唑(bzim)、1，10-邻菲咯啉(phen)、2,2-联吡啶(bipy)作为中性配体，以第一过渡系为主的金属离子为中心离子合成了11个未见文献报道的配合物，并通过X射线单晶衍射测定了它们的晶体结构。 这11个配合物晶体的分子组成如下：(Ⅰ),[Cu2(bzim)4(mHBA)4][Cu(bzim)2(mHBA)2]·6H2O;(Ⅱ),[Cu(bzim)2(pHBA)2];(Ⅲ),[Cu(phen)(pHBA)2];(Ⅳ),[Co(phen)2(mHBA)(H2O)](mHBA)·4.5H2O;(Ⅴ),[Co(phen)(pHBA)2(H2O)2]·H2O;(Ⅵ),[Mn(phen)(oHBA)2]n;(Ⅶ),[Mn(phen)2(mHBA)(H2O)](mHBA);(Ⅷ),[Mn(phen)2(pHBA)(H2O)](pHBA)·H2O;(Ⅸ),[Sr(phen)2(oHBA)2(H2O)2];(Ⅹ),[Ni(phen)2Cl(H2O)]Cl·(pHBAH)H2O;(Ⅺ),[Mn(bipy)2pHBA)2]通过对这11个配合物晶体结构的分析和讨论，得到了以下几个结论。 1.在很多情况下，一个羧基与中心金属离子是单齿配位还是螯合配位是不明确的。通过上述晶体结构中配位键长键角的分析，得到了一个行之有效的标准，判断羧基与中心金属离子是单齿配位还是螯合配位。 2.在11个配合物分子结构研究中，发现一些金属羧基氧配位键角很大，但是相对应的配位键长却是正常的，说明这些金属羧基氧配位键不仅仅是共价配位键，而是含有很大一部分静电作用的成分。 3.通过对11个配位物晶体结构及相应的文献中芳环堆积作用的研究发现，中心金属离子上的电荷对与之配位的非极性芳环(如苯环)能否形成芳环堆积有重要的影响。该中心金属离子的电荷越多，与之配位的非极性芳环就越易形成芳环堆积。 4.通过配合物分子三维结构和它们通过氢键和芳环堆积等分子间作用力自组装而成的多维超分子结构的研究，发现芳环堆积在配合物分子的构象、分子层次上的高级结构即多维的超分子结构的形成有重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章苯并咪唑羟基苯甲酸配合物合成、表征和结构研究

第三章邻菲咯啉羟基苯甲酸配合物合成、表征和结构研究

3.1金属有机复合物的合成及单晶培养

3.2晶体结构测定

3.3分子结构

3.4 M-L配位键本质探讨

3.5芳环堆积

3.6基于氢键、芳环堆积构筑的多维超分子结构

第四章结论

参考文献：

附录

致谢