CN102827207A - 一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法 - Google Patents

一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,在邻二氯苯和四氢呋喃的混合溶液中,将此混合体系在180℃下回流24小时,得到四二噻吩-2-羧酸合双钼的踏轮式配合物,新的配合物通过THF/hexanes体系,采用溶剂扩散法培养单晶,三周后长出橙红色片状晶体,十分敏感,易碎,易氧化,易风化。与现有技术相比,本发明合成双钼单元配合物分子内的电子耦合和电子传递能力强,是适合研究分子导电性材料的模型化合物。

Description

一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法
技术领域
本发明涉及一种配位化学领域,尤其是涉及一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法。
背景技术
导电高分子及其复合材料由于巨大的潜在应用价值正受到研究者们广泛的关注。共轭导电噻吩聚合物具有近似金属的导电性,同时还具有聚合物的优点,是一种重要的结构型导电高分子材料。且由于结构的多功能性,使得其在电导体、电极材料、有机半导体等应用领域都有很好的发展。1998年Richard H.Friend等在JACS上报道了有机半导体R,R′-bis(dithieno[3,2-b:2′,3′-d]thiophene)(BDT)(如a)的载流子迁移率μ=0.05cm2/V·s,HOMO与LUMO的能级差ΔE(HOMO-LUMO)=2.8eV。2007年Dong Hoon Choi等在Chem.Mater上报道了有机半导体(如b)的载流子迁移率μ=2.5(0.5)×10-4cm2/V·s。2008年Ito Chao等在J.Org.Chem上报道了有机半导体2,5-di(pyrimidin-5-yl)thieno[3,2-b]thiophene(如c)的电子和空隙迁移率分别为μn=0.18cm2/V·s,μp=2.32cm2/V·s,HOMO与LUMO的能级差ΔE(HOMO-LUMO)=0.107eV。这些表明噻吩类分子都表现为良好的导电性,可做为有机半导体的良好材料。
Figure BDA0000069062380000011
在往年的研究中主要以有机小分子自组装或单金属配位为主,这类分子具有良好的平面的配位结构,与噻吩环上的π电子产生π-π共轭作用,形成共轭体系,使得电子有更大的离域空间。将噻吩类羧酸配体键合双金属单元配合物对其结构和性质的研究有独特的优势。首先,与单核金属离子比较,双金属单元配合物的结构多样化,不仅能够得到低维分子,还能合成平面和三维空间结构,得到结构多样化的配合物。其次,金属-金属键分子轨道和电子结构定义清晰。例如,以四重建形成的Mo2和W2,电子构型为σ2π4δ2,其HOMO(δ)与LUMO(δ*)的能级差较大。HOMO轨道的能量由金属主导,LUMO轨道的能量由配体主导,δ→δ*的跃迁反应了双钼配合物分子内电子迁移的难易。通过增大噻吩环共个体系,降低LUMO能级,增强分子内电子跃迁能力。通过培养单晶和单晶结构的测试,可以清晰地得到分子内各键长键角。此外,共价双金属配合物的分子结构、电子构型和光谱性质三者相互关联,电子构型的变化即金属-金属键健级的变化,表现为可测定参数如金属-金属键健长和可见光区δ→δ*跃迁的变化。以金属-金属键和δ→δ*吸收光谱作为电子结构的探针,结合其他方法来探索噻吩类羧酸双金属单元配合的导电性质。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电子耦合和电子传递能力强,是适合研究分子导电性材料的模型化合物的制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)以六羰基钼和二噻吩-2-羧酸为原料,在邻二氯苯和四氢呋喃的混合溶液中,将此混合体系在180℃下回流24h,得到四并二噻吩-2-羧酸键合双钼的踏轮式配合物Mo2(ttac)4
(2)踏轮式配合物的单晶培养
将步骤(1)制备得到的踏轮式配合物通过四氢呋喃/正己烷体系,采用溶剂扩散法培养单晶,三周后长出橙红色片状晶体,即为产品。
步骤(1)具体包括以下步骤:在室温和N2保护下,将六羰基钼和二噻吩-2-羧酸按摩尔比为1∶4混合后置于反应容器中,继续抽换N2三次除去空气,然后将邻二氯苯导入到反应容器中,继续加入四氢呋喃,控制反应温度为180℃下回流24h,反应结束后冷却至室温,减压抽掉四氢呋喃后得到的橙色固体,分别用二氯甲烷和正己烷清洗两次,收集的橙色固体为四并二噻吩-2-羧酸键合双钼的踏轮式配合物。
所述的邻二氯苯与四氢呋喃的体积比为7∶5。
步骤(2)具体包括以下步骤:用四氢呋喃溶解踏轮式配合物,过滤置于反应管中,溶液呈现橙红色,沿反应管壁慢慢加入正己烷,采用溶剂扩散法培养单晶,三周后长出橙红色片状晶体,即为并二噻吩-2-羧酸键合双钼单元配合物。
合成得到的并二噻吩-2-羧酸键合双钼单元配合物十分敏感,易碎,易氧化。在氮气条件下进行核磁氢谱测试,初步确定产品即为目标产物。在低温氮气条件下进行单晶结构测试,表明整个分子的共轭性良好,且分子间存在弱作用力。在常温氮气条件下进行电子光谱测试,说明配合物分子内的电子耦合和电子传递能力增强,电子跃迁时所需的能量降低。在常温氮气条件下进行荧光光谱测试,有较强的吸收峰,这和噻吩环上的硫原子有关。
所述的四氢呋喃与正己烷的体积比为2∶3。
所述的四氢呋喃为干燥无氧的四氢呋喃,该干燥无氧的四氢呋喃是将四氢呋喃及钠钾合金置于反应器中加热回流24h,并采用N2保存。
所述的正己烷为干燥无氧的正己烷,该干燥无氧的正己烷是将正己烷及钠钾合金一起加热回流24h,并采用N2保存。
与现有技术相比,本发明制备出的二噻吩羧酸键合双钼单元配合物,分子间存在弱作用力,具有优异的电学性质。对本发明方法所得产物的组成、结构及性质进行表征,选用核磁(1H NMR)、X-ray单晶结构衍射、紫外可见光谱和荧光。1HNMR核磁及X-ray单晶结构衍射表明化合物的结构特点,紫外可见光谱和荧光分别表征产物的光电性质和荧光特性。
附图说明
图1为实施例1中合成的配合物Mo2(ttac)4的核磁氢谱图;
图2为实施例2中合成的配合物Mo2(ttac)4的X-ray单晶衍射晶体结构图;
图3为实施例4中合成的配合物Mo2(ttac)4的紫外-可见电子光谱图;
图4为实施例4中合成的配合物Mo2(ttac)4的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
配合物Mo2(ttac)4的合成方法
在室温和氮气保护下,用Schlenk技术合成.邻二氯苯(7mL)在N2下鼓泡0.5小时以除空气,Mo(CO)6(0.211g,0.80mmol)和噻吩并[3,2-b]噻吩-2-羧酸(0.590g,3.20mmol)的混合物抽换N2三次以除空气,由于六羰基钼易升华,故在抽空时不宜过长。把除好空气的1,2-二氯苯导入到混合固体中,固体不能全部溶解。加入干燥无氧的四氢呋喃(5mL)。将此混合体系在180度下回流24小时。在这过程中,固体随着升温逐渐溶解,溶液的颜色由橙红色变为棕色,且越来越深。反应结束后冷却至室温,减压抽掉四氢呋喃后出现橙色固体和褐色上层溶液。导出上层溶液,用二氯甲烷洗两次(ca.8×2mL),再用hexanes洗两次(ca.10×2mL).收集橙色固体,真空干燥。Yield:0.28g(42%).
晶体的培养:用20ml四氢呋喃溶解少量产品,,过滤至反应管中,溶液呈现橙红色,沿反应管壁慢慢加入30mL hexanes。采用溶剂扩散法培养单晶,三周后长出橙红色片状晶体,十分敏感,易碎,易氧化,易风化。
样品特性:Mo2(ttac)4溶解性很不好(只能在四氢呋喃中有一定的溶解性)。
在常温氮气条件下进行核磁氢谱测试。图1为配合物Mo2(ttac)4的核磁氢谱图,为了结构图清晰,无峰区域省略。具体操作如下:挑选产品的晶体样品测试1H NMR,图谱数据为:1H NMR(DMSO,/ppm):δH(DMSO):7.54(4H,d,H-6);7.90(4H,d,H-5);8.241(4H,s,H-3)。从以上数据分析可以得出,与产品化合物分子中氢原子种类个数是完全吻合的,可初步确定产品即为目标产物。
实施例2
配合物Mo2(ttac)4的晶体学数据和主要的键长键角
在低温氮气条件下进行单晶结构测试。图2为配合物Mo2(ttac)4的晶体结构图,为了结构图清晰,溶剂分子省略。具体操作如下:选取大小为0.10x0.18x0.45mm的橙红色片状晶体,用Bruker Smart 1000CCD、MoKα光源、173(2)K下收集数据。还原1.69°≤θ≤28.35°以内的数据,共得到10139个衍射点,其中独立的衍射点6503个,强的衍射点5245个
Figure BDA0000069062380000051
数据经过吸收校正后Rint=0.0309。晶体属于P-1空间群,该化合物的分子式是[Mo2(C7H3O2S2)4]·2四氢呋喃。晶体由直接法(SHELX-97程序)解出,最终精修结果为,R1=0.0853,wR2=0.2762(所有衍射点)。
在化合物[Mo2(ttac)4]·2THF结构中,周围有四组以O原子配位的ttac-二齿配体形成的踏轮式结构双钼结构。晶体数据见表1,其Mo-Mo键长为
Figure BDA0000069062380000052
是典型的Mo-Mo四重键的键长。与双钼配位的羧酸根上C1与C2之间的距离为C8与C9之间的距离为
Figure BDA0000069062380000054
介于碳碳单键和碳碳双键键长之间,键长又平均化的趋势,说明双钼单元的dδ轨道和配体环集团的Pπ轨道群之间存在着电子耦合作用。双钼单元与配体平面的扭转角只有0.96°,几乎是共平面的,这表明整个分子的共轭性良好。Mo2(CO2-2-th)4的结构同Mo2(ttac)4一样,都是周围有四组以O原子配位的二齿配体形成的踏轮式结构双钼结构。只是Mo2(CO2-2-th)4是一个噻吩环,Mo2(ttac)4是两个噻吩并环。Mo2(CO2-2-th)4中最大Mo(1)-O(2)键长为
Figure BDA0000069062380000055
Mo-O平均键长为
Figure BDA0000069062380000056
而Mo2(ttac)4最大Mo(1)-O(2)键长为
Figure BDA0000069062380000057
Mo-O平均键长为
Figure BDA0000069062380000058
数据比较说明:Mo2(ttac)4的分子共轭性比Mo2(CO2-2-th)4好。从理论上来分析也是合理的。首先:ttach配体比CO2h-2-th据有更好的平面共轭体系,其次在配位结构中Mo2(ttac)4呈平面性。结构中主要键长键角见表2。
表1晶体参数表
Figure BDA0000069062380000059
Figure BDA0000069062380000061
表2配合物Mo2(ttac)4主要单晶数据
Figure BDA0000069062380000062
Figure BDA0000069062380000071
实施例3
配合物Mo2(ttac)4的结构特性
在化合物[Mo2(ttac)4]·2THF堆积结构中,四氢呋喃中的氧与金属钼轴向配位,形成二维空腔结构。Mo2(ttac)4的空间堆积图形中溶剂客体分子四氢呋喃被包囊在主体分子中。
与Mo2(CO2-2-th)4
Figure BDA0000069062380000072
相比,Mo2(ttac)4的面间距为
Figure BDA0000069062380000073
按理说Mo2(ttac)4的堆积作用力应该比Mo2(CO2-2-th)4强,但可能由于空间位阻的原因,Mo2(ttac)4稍偏小,不过Mo2(CO2-2-th)4中只有噻吩环上的两个碳和另一个噻吩环上和羧酸相连的二个碳有弱作用力,属于C-C作用力。而Mo2(CO2-2-th)4中为1号环上C4的垂直于2号环上的第一个五元环中心,2号环上的C4垂直于1号环上第一个五元环中心。
实施例4
配合物Mo2(ttac)4的光谱特性
在常温氮气条件下进行电子光谱测试。图3为配合物Mo2(ttac)4紫外可见电子光谱。具体操作如下:将配合物Mo2(ttac)4溶解在四氢呋喃中,控制浓度为10-6ppm。用安捷伦8453型紫外可见分光光度计测试其紫外-可见光谱(190-1200nm)。表征结果显示该配合物在499nm和302nm处有组强吸收峰,分别为电子由金属到配体δ-π*迁移的吸收峰和金属δ-δ*吸收峰。与Mo2(CO2-2-th)4在441nm和248nm处的吸收峰相比,有明显的红移。说明配合物分子内的电子耦合和电子传递能力增强,电子跃迁时所需的能量很低。
在常温氮气条件下进行荧光光谱测试。图4为荧光性质测试结果,具体操作如下:将配合物Mo2(ttac)4溶解在四氢呋喃中,控制浓度为10-5ppm。用F7000荧光仪测试其荧光光谱。表征结果显示该配合物在350nm的激发下,分别在402nm,475nm,575nm处有发射光谱。其中402nm处的吸收强度最大,这和噻吩环上的硫原子有关。
实施例5
一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,包括以下步骤:
(1)在室温和N2保护下,将六羰基钼和二噻吩-2-羧酸按摩尔比为1∶4混合后置于反应容器中,继续抽换N2三次除去空气,然后将邻二氯苯导入到反应容器中,继续加入四氢呋喃,邻二氯苯与四氢呋喃的体积比为7∶5,控制反应温度为180℃下回流24h,反应结束后冷却至室温,减压抽掉四氢呋喃后得到的橙色固体,分别用二氯甲烷和正己烷清洗两次,收集的橙色固体为四并二噻吩-2-羧酸键合双钼的踏轮式配合物Mo2(ttac)4
(2)踏轮式配合物的单晶培养
用四氢呋喃溶解踏轮式配合物,过滤置于反应管中,溶液呈现橙红色,沿反应管壁慢慢加入正己烷,四氢呋喃与正己烷的体积比为2∶3,采用溶剂扩散法培养单晶,三周后长出橙红色片状晶体,即为并二噻吩-2-羧酸键合双钼单元配合物。本方法的化学式如下所示:
Figure BDA0000069062380000081
合成得到的并二噻吩-2-羧酸键合双钼单元配合物十分敏感,易碎,易氧化。在氮气条件下进行核磁氢谱测试,初步确定产品即为目标产物。在低温氮气条件下进行单晶结构测试,表明整个分子的共轭性良好,且分子间存在弱作用力。在常温氮气条件下进行电子光谱测试,说明配合物分子内的电子耦合和电子传递能力增强,电子跃迁时所需的能量降低。在常温氮气条件下进行荧光光谱测试,有较强的吸收峰,这和噻吩环上的硫原子有关。在制备过程中使用的四氢呋喃为干燥无氧的四氢呋喃,该干燥无氧的四氢呋喃是将四氢呋喃及钠钾合金置于反应器中加热回流24h,并采用N2保存。使用的正己烷为干燥无氧的正己烷,该干燥无氧的正己烷是将正己烷及钠钾合金一起加热回流24h,并采用N2保存。

Claims (7)

1.一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)以六羰基钼和并二噻吩-2-羧酸为原料,在邻二氯苯和四氢呋喃的混合溶液中,将此混合体系在180℃下回流24h,得到四并二噻吩-2-羧酸键合双钼的踏轮式配合物;
(2)将步骤(1)制备得到的踏轮式配合物通过四氢呋喃/正己烷体系,采用溶剂扩散法培养踏轮式配合物的单晶,三周后长出橙红色片状晶体,即为四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物产品。
2.根据权利要求1所述的一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,步骤(1)具体包括以下步骤:在室温和N2保护下,将六羰基钼和二噻吩-2-羧酸按摩尔比为1∶4混合后置于反应容器中,继续抽换N2三次除去空气,然后将邻二氯苯导入到反应容器中,继续加入四氢呋喃,控制反应温度为180℃下回流24h,反应结束后冷却至室温,减压抽掉四氢呋喃后得到的橙色固体,分别用二氯甲烷和正己烷清洗两次,收集的橙色固体为四并二噻吩-2-羧酸合双钼的踏轮式配合物。
3.根据权利要求2所述的一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,所述的邻二氯苯与四氢呋喃的体积比为7∶5。
4.根据权利要求1所述的一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,步骤(2)具体包括以下步骤:用四氢呋喃溶解踏轮式配合物,过滤置于反应管中,溶液呈现橙红色,沿反应管壁慢慢加入正己烷,采用溶剂扩散法培养单晶,三周后长出橙红色片状晶体,即为并二噻吩-2-羧酸键合双钼单元配合物。
5.根据权利要求4所述的一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,所述的四氢呋喃与正己烷的体积比为2∶3。
6.根据权利要求2或4所述的一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,所述的四氢呋喃为干燥无氧的四氢呋喃,该干燥无氧的四氢呋喃是将四氢呋喃及钠钾合金置于反应器中加热回流24h,并采用N2保存。
7.根据权利要求4所述的一种制备四并二噻吩-2-羧酸合双钼单元配合物的方法,其特征在于,所述的正己烷为干燥无氧的正己烷,该干燥无氧的正己烷是将正己烷及钠钾合金一起加热回流24h,并采用N2保存。
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