CN104341442A - 可逆光致变色的紫精类铽配合物单晶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可逆光致变色的紫精类铽配合物单晶化合物及其制备方法,属于功能配位化学技术领域。该化合物以1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与六水合硝酸铽为原料。经回流、萃取、洗涤、干燥蒸馏工艺制备得到1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物;通过溶剂热方法,将1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物和硝酸铽溶解在乙腈和水的混合溶剂中,并封入反应釜中,以140oC恒温3天,然后自然条件下冷却至室温,得到所述配合物。本发明配合物具有可逆光致变色性质,在紫外线和热处理情况下实现颜色的可逆变化,并且能保持晶体形状不发生变化,抗疲劳性好。
Description
技术领域
本发明属于功能配位化学技术领域,具体涉及一种新的铽配合物的可逆光致变色材料及其制备方法。
背景技术
光致变色现象是指化合物A在适当波长的光照下,可进行特定的化学反应或物理反应,得到化合物B,由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化,而在另一波长的光照射或者热的作用下,产物B又恢复原来的形式。这种对光有可逆响应的化合物是一种具有潜在应用前景的光信息存储和光记录材料,近年来引起了人们的极大兴趣。
紫精在化学、电化学和光化学作用下会发生可逆的氧化还原反应,伴随着显著的颜色变化,因此,紫精被广泛用于光致变色材料。紫精的光致变色机理如下:紫精受光激发后,电子从阴离子或者配位氧原子转移到联吡啶环上生成紫精自由基阳离子,光电荷在吡啶环上的离域使得自由基阳离子在可见光具有很高的摩尔吸收系数,呈现很深的颜色。在停止紫外光照或热处理时,自由基阳离子又会被氧化成稳定的无色的化合物。
我国有比较丰富的稀土资源,且对稀土材料磁性和发光性能研究也已经取得了许多成就。但对于稀土铽配合物光致变色材料的研究尚未见报道。因此,开发可适用于大量生产的稀土铽配合物用于光致变色材料有很大的应用价值和前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有可逆光致变色性能的铽配合物单晶。在紫外线和热处理情况下实现颜色的可逆变化,并且能保持晶体形状不发生变化,抗疲劳性好。
本发明的另一目的是提供上述铽配合物的制备方法。
为实现本发明目的,本发明提供的铽配合物为三价铽与1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物形成的配合物。所述配合物的结构式为:{[Tb4(μ3-OH)4L3(H2O)7]Cl3/2(NO3)7/2·3H2O}n,属于正交晶系,空间群为I-43d,其晶体结构如图1。其中L结构简式如下:
制备上述铽配合物单晶的方法,通过如下步骤实现:
步骤1、称取摩尔比为1:1.1-1.3的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,加入四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流36±2小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液分别萃取,分离合并有机层,经干燥,减压蒸馏得到固体。将所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶,得到淡黄色5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2-2.3称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到丙酮溶液中,回流,过滤得到淡黄色固体。
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入10ml-15ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得固体,即1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物。
步骤4、将上述步骤得到的1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2-2.5加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温140℃-150℃三天,自然冷却到室温,得到淡黄色三角状晶体。
本发明所述铽配合物单晶,在紫外光和加热作用下,颜色由淡黄色到蓝绿色可逆变化,并且保持晶体形状不被改变,抗疲劳性好。合成原料易得,成本低,合成简单,操作方便,产率高和重现性好。
附图说明
图1为本发明铽配合物晶体中铽的配位环境图;
图2为本发明的铽配合物晶体的结构示意图;
图3为本发明铽配合物晶体的变色前后紫外吸收光谱;
图4为本发明铽配合物晶体的抗疲劳示意图;
具体实施方式
为对本发明进行更好的说明,举实施例如下:
实施例1
步骤1、称取摩尔比为1:1.1的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,量取100ml的四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流36小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液各萃取三次,分离合并有机层,用硫酸镁干燥,减压蒸馏得到固体。上述所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶。得到淡黄色5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到100ml丙酮溶液中,回流3小时,过滤得到淡黄色固体。
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入10ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得固体,即1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物。
步骤4、将上述步骤得到的1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温140℃三天,自然冷却到室温,得到淡黄色三角状晶体。配合物的结构式为:{[Tb4(μ3-OH)4L3(H2O)7]Cl3/2(NO3)7/2·3H2O}n,属于正交晶系,空间群为I-43d。铽的配位环境如图1;铽配合物晶体的结构示意图如图2。
该单晶经试验证实,在紫外光和热处理情况下能实现颜色的可逆转换,并且该单晶在变色过程中保持单晶形状不被破坏,本发明铽配合物单晶在光照前的颜色呈现淡黄色,在紫外光的照射下,其最大吸收波长发生变化,颜色变为蓝绿色,在加热到120℃时,单晶的颜色又转变为淡黄色。其变色的机理是在紫外光的照射下,紫精分子从配位氧原子得到电子形成紫精自由基,使其在可见光610nm处的吸收增强,呈现蓝绿色,如图3所示。配合物在溶液和单晶中均有可逆的光致变色行为,且有良好的热稳定性。如图4所示:配合物在经过多达八次的循环后,强度基本保持不变,有较好的重现性和抗疲劳性。
实施例2
步骤1、称取摩尔比为1:1.2的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,量取100ml的四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流37小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液各萃取三次,分离合并有机层,用硫酸镁干燥,减压蒸馏得到固体。上述所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶。得到淡黄色5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2.1称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到100ml丙酮溶液中,回流3小时,过滤得到淡黄色固体。
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入13ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得固体,即1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物。
步骤4、将上述步骤得到的1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2.2加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温150℃三天,自然冷却到室温,得到淡黄色三角状晶体。
实施例3
步骤1、称取摩尔比为1:1.3的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,量取100ml的四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流38小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液各萃取三次,分离合并有机层,用硫酸镁干燥,减压蒸馏得到固体。上述所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶。得到淡黄色5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2.3称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到100ml丙酮溶液中,回流3小时,过滤得到淡黄色固体。
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入15ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得固体,即1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物。
步骤4、将上述步骤得到的1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2.5加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温140℃三天,自然冷却到室温,得到淡黄色三角状晶体。
实施例4
步骤1、称取摩尔比为1:1.1的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,量取100ml的四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流37小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液各萃取三次,分离合并有机层,用硫酸镁干燥,减压蒸馏得到固体。上述所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶。得到淡黄色5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2.2称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到100ml丙酮溶液中,回流3小时,过滤得到淡黄色固体。
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入15ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得固体,即1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物。
步骤4、将上述步骤得到的1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2.5加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温150℃三天,自然冷却到室温,得到淡黄色三角状晶体。
实施例5
步骤1、称取摩尔比为1:1.3的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,量取100ml的四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流36小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液各萃取三次,分离合并有机层,用硫酸镁干燥,减压蒸馏得到固体。上述所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶。得到淡黄色5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到100ml丙酮溶液中,回流3小时,过滤得到淡黄色固体。
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入10ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得固体,即1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物。
步骤4、将上述步骤得到的1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温140℃三天,自然冷却到室温,得到淡黄色三角状晶体。
表1配合物的主要晶体学数据
a配合物中无序的溶剂分子都经过SQUEEZE程序处理
bR1=Σ||Fo|-|Fc||/Σ|Fo|,wR2=[Σ[w(Fo2-Fc2)2]/Σw(Fo2)2]
表2重要的键长和键角(°)
对称代码:#1y-1/2,-z+1/2,-x+0;#2-z+0,x+1/2,-y+1/2;#3-x+1/2,y,-z#4z,-x+1,-y+1/2
以上实施例仅用于说明本发明的内容,除此之外,本发明还有其它实施方式。但是,凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种可逆光致变色的铽配合物单晶,其特征在于,所述配合物的结构式为:
{[Tb4(μ3-OH)4L3(H2O)7]Cl3/2(NO3)7/2·3H2O}n,属于正交晶系,空间群为I-43d,其晶体结构如下:
其中L结构简式为:
2.制备权利要求1所述的可逆光致变色的铽配合物单晶的方法,其特征是:通过以下步骤实现:
步骤1、称取摩尔比为1:1.1-1.3的5-甲基间苯二甲酸二甲酯和N-溴代丁二酰亚胺加入三口烧瓶,加入四氯化碳溶液,再加入偶氮二异丁腈加热回流36±2小时,自然冷却到室温,然后用饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠水溶液分别萃取,分离合并有机层,经干燥,减压蒸馏得到固体;上述所得固体用体积比为1:10的乙酸乙酯:正己烷混合溶剂重结晶,得到5-苄溴间苯二甲酸二甲酯固体;
步骤2、按摩尔比为1:2-2.2称取步骤1得到的5-苄溴间苯二甲酸二甲酯和4,4′-联吡啶加入到丙酮溶液中,回流,过滤得到固体;
步骤3、称取步骤2中得到的固体10mmol,加入10ml-15ml浓盐酸,回流过夜,自然冷却到室温,旋蒸得1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物;
步骤4、将1-(3,5-二甲酸苯基)-4,4′-联吡啶氯化物与Tb(NO3)·6H2O按摩尔比3:2-2.5加入到乙腈和水的混合溶剂中,加入反应釜,控温140℃-150℃三天,自然冷却到室温,得到目标物晶体。
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