CN108676171A - 一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法 - Google Patents

一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，分子通式为[Cu6LX8]n，其中：X为卤原子，L为配体，n为正整数；对氯甲基苯乙烯和2’5‑二甲基哌嗪溶于有机溶剂中在弱碱性条件下生成配体；再将配体产物和卤化亚铜置于反应管中，加入甲醇和若干滴水，经液氮冷冻后，抽真空，高温火焰封口，平放反应管于烘箱中，62～65℃加热3～5天，结晶得到化合物[Cu6LX8]n；无需高温高压条件，反应条件温和、可控性较强，制备方法简单易操作，且配位聚合物热稳定性强；激发波长设定在495nm时，会在609nm左右处出现强发射频带，发橘红色荧光；中心原子为一价铜原子，大大降低了荧光材料的生产成本。

Description

一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法。
背景技术
金属有机框架由于具有孔状结构，比表面积大因而在气体吸附和储存、生物传感、非均相催化、成像等方面有着潜在的应用；环境友好高效发光材料，尤其是照明用光致发光器件、电致发光、电致发光细胞、光致化学荧光、光存储材料领域，由于具有发光效率高、寿命长、显色性好等优点，已经广泛应用于照明生物检测、信号传递等领域，并且在生产、生活中起着重要作用；过渡金属配合物的应用大大提高了有机电致发光器件的效率，成为这一领域走向实用化的一个焦点问题；现有技术中使用的一般为磷光染料，其中心原子使用的Ir、Pt、Ru、Re、Os等元素在地壳中的含量较低，使得该类材料的成本比较高昂，原材料的稀缺也限制了该类材料不能广泛推广应用，需要采用较为廉价的中心原子来制造成本低廉的系列新型电致金属化合物，特别是在荧光、铁电、介电、手性分离、烯烃纯化、仿生学以及有机反应的催化领域多方应用的高稳定性烯烃-铜(I)配聚物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种操作方便，成本低廉，具有良好的热稳定性和较强的橘红色荧光效应的具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法。
本发明具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，其特征在于：
所述配位聚合物的分子通式为[Cu6LX8]n，其中：X为卤原子，L为配体，n为正整数；
进一步地，所述配位聚合物属于单斜晶系，空间群为P-1，一价铜原子均处于三配位的构型；
进一步地，所述卤原子为Cl原子或Br原子中的至少一种；
进一步地，所述配体的结构式如下：
本发明还涉及一种用于上述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配体制备：常温常压下，将对氯甲基苯乙烯和2’5-二甲基哌嗪溶于有机溶剂中，在弱碱性条件下生成配体；
(2)荧光性质的化合物[Cu6LX8]n制备：取步骤(1)的配体产物和卤化亚铜置于反应管中，加入甲醇和若干滴水，经液氮冷冻后，抽真空，高温火焰封口，平放反应管于烘箱中，62～65℃加热3～5天，反应管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LX8]n；
进一步地，步骤(1)中对氯甲基苯乙烯和2’5-二甲基哌嗪的摩尔比为1:2(按实施例1～实施例4应为2：1)；
进一步地，步骤(1)中使用的有机溶剂为氯仿；
进一步地，步骤(1)中配体制备的反应使用无水碳酸钾提供碱性反应条件；
进一步地，步骤(2)中配体和卤化亚铜的摩尔比为1:1.5～1:2；
进一步地，步骤(2)中加热方法为水热法或溶剂热法之一。
本发明的具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法，以2’5-二甲基哌嗪作为配体的骨架，合成出含有双烯烃官能团的配体，在水热法或溶剂热法条件下与卤化亚铜作用得到了配合物的晶体结构，与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)以2，5--二甲基哌嗪作为配体的骨架在常温常压条件下合成出含有双烯烃官能团的配体，在水热法或溶剂热法条件下配体与卤化亚铜作用得到配位聚合物的晶体结构，无需高温高压条件，反应条件温和、可控性较强，制备方法简单易操作，且配位聚合物热稳定性强；
(2)在激发波长设定在495nm时，会在609nm左右处出现强发射频带，发橘红色荧光；该配位聚合物所具备的强发射荧光性能使其可以应用于制备荧光材料，从而应用于制造照明、显示、固体激光器、光通讯、光存储以及生物医学成像、诊断与治疗设备；
(3)中心原子为一价铜原子，大大降低了荧光材料的生产成本。
附图说明
图1本发明实施例1-4中两个配位聚合物的合成路线图；
图2为实施例1中配位聚合物[Cu6LCl8]n的配位环境图；
图3为实施例1中配位聚合物[Cu6LCl8]n链状结构；
图4为实施例1中配位聚合物[Cu6LCl8]n的粉末衍射分析图；
图5为实施例1中配位聚合物[Cu6LCl8]n的荧光分析图；
图6为实施例1中配位聚合物[Cu6LCl8]n的热重分析图；
图7为实施例3中配位聚合物[Cu6LBr8]n的配位环境图；
图8为实施例3中配位聚合物[Cu6LBr8]n的链状结构；
图9为实施例3中配位聚合物[Cu6LBr8]n的粉末衍射分析图；
图10为实施例3中配位聚合物[Cu6LBr8]n的荧光分析图；
图11为实施例3中配位聚合物[Cu6LBr8]n的热重分析图。
具体实施方式
如图所示，一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，所述配位聚合物的分子通式为[Cu6LX8]n，其中：X为卤原子，L为配体，n为正整数；
进一步地，所述配位聚合物属于单斜晶系，空间群为P-1，一价铜原子均处于三配位的构型；
进一步地，所述卤原子为Cl原子或Br原子中的至少一种；
进一步地，所述配体的结构式如下：
本发明还涉及一种用于上述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)配体制备：常温常压下，将对氯甲基苯乙烯和2’5-二甲基哌嗪溶于有机溶剂中，在弱碱性条件下生成配体；
(2)荧光性质的化合物[Cu6LX8]n制备：取步骤(1)的配体产物和卤化亚铜置于反应管中，加入甲醇和若干滴水，经液氮冷冻后，抽真空，高温火焰封口，平放反应管于烘箱中，62～65℃加热3～5天，反应管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LX8]n；
进一步地，步骤(1)中对氯甲基苯乙烯和2’5-二甲基哌嗪的摩尔比为1:2(按实施例1～实施例4应为2：1)；
进一步地，步骤(1)中使用的有机溶剂为氯仿；
进一步地，步骤(1)中配体制备的反应使用无水碳酸钾提供碱性反应条件；
进一步地，步骤(2)中配体和卤化亚铜的摩尔比为1:1.5～1:2；
进一步地，步骤(2)中加热方法为水热法或溶剂热法之一。
本发明的具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法，以2’5-二甲基哌嗪作为配体的骨架，合成出含有双烯烃官能团的配体，在水热法或溶剂热法条件下与卤化亚铜作用得到了配合物的晶体结构，与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)以2，5--二甲基哌嗪作为配体的骨架在常温常压条件下合成出含有双烯烃官能团的配体，在水热法或溶剂热法条件下配体与卤化亚铜作用得到配位聚合物的晶体结构，无需高温高压条件，反应条件温和、可控性较强，制备方法简单易操作，且配位聚合物热稳定性强；
(2)在激发波长设定在495nm时，会在609nm左右处出现强发射频带，发橘红色荧光；该配位聚合物所具备的强发射荧光性能使其可以应用于制备荧光材料，从而应用于制造照明、显示、固体激光器、光通讯、光存储以及生物医学成像、诊断与治疗设备；
(3)中心原子为一价铜原子，大大降低了荧光材料的生产成本。
具体技术方案：
一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物及其制备方法，配位聚合物的分子通式为[Cu6LX8]n，其中X为卤原子，L为配体，n为正整数。该配位化合物均属于单斜晶系，空间群为P-1，一价铜原子处于三配位的构型。本发明以2，5--二甲基哌嗪作为配体骨架，合成出含有双烯烃官能团的配体，用水热法或溶剂热法使配体与卤化亚铜作用得到配位聚合物的晶体结构。此制备方法无需高温高压条件，反应条件温和、可控性强，制备方法简单易操作，且配位聚合物热稳定性强；当激发波长设定在495nm时，会在609m处出现强发射频带，发橘红色荧光；该配位聚合物所具备的强荧光效应使其应用于制造照明、显示、固体激光器、光通讯、光存储以及生物医学成像、诊断与治疗设备。
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。非特殊说明，本发明实施例采用的试剂均为市售商品，本发明实施例采用的数据库均为公开的在线数据库。
本发明的具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物以2，5--二甲基哌嗪作为配体的骨架，合成出含有双烯烃官能团的配体。在水热法或溶剂热法条件下与卤化亚铜作用得到了配合物的晶体结构，合成步骤如图1所示。
实施例1
在常温常压下，分别取20mmol对氯甲基苯乙烯和10mmol的2’5-二甲基哌嗪投入烧杯中，用30mL氯仿溶解后，加入30mmol无水碳酸钾，搅拌20小时，静置，过滤，旋转蒸发仪旋干母液得配体L。称取0.05mmol配体和0.1mmol氯化亚铜于派勒管中，加入1mL甲醇和2滴水，液氮冷冻后，抽真空，用高温火焰封口。平放于烘箱中，62℃加入5天，派勒管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LCl8]n。
1、配合物[Cu6LCl8]n的晶体结构测定
对实施例1中的配位聚合物晶体进行分析，在显微镜下选取合适大小的单晶，室温时用经石墨单色化的Mo Kα射线在Bruker Apex II CCD衍射仪上测Ⅰ定单晶的X射线衍射结构，结果表明配位化合物[Cu6LCl8]n属于单斜晶系，空间群为P-1，一价铜原子均处于三配位的构型。用SADABS方法进行半经验吸收校正，晶胞参数用最小二乘法确定，数据还原和结构解析分别使用SAINT和SHELXL程序包完成，所有非氢原子用全矩阵最小二乘法进行各向异性精修，配位聚合物的配位环境图如图2所示，Cu(Ⅰ)与配体烯烃官能团上的两个C原子、两个氯原子进行配位，从而构成了稳定的晶体结构。
图3为实施例1中的配位聚合物[Cu6LCl8]n的一维链状结构图：结构中的中心原子Cu原子均处于三配位构型中，Cu原子与配体烯烃官能团上的两个C原子，通过Cu-C-Cu键相互连接，形成链状结构。
2、配位聚合物[Cu6LCl8]n的XPRD相纯度表征
配位聚合物[Cu6LCl8]n的XPRD表征如图4所示，结果显示本实施例中的配位聚合物[Cu6LCl8]n具有可靠的相纯度，为其作为荧光材料的应用提供了保证。(仪器型号：Bruker/D8Advance)。
3、配位聚合物[Cu6LCl8]n的荧光性能研究
富集处理后的配合物晶体[Cu6LCl8]n样品经过进一步研磨处理，进行固体荧光的测试，图5为配合物晶体[Cu6LCl8]n的固体荧光分析结果图，分析表明，当激发波长设定上在495nm时，会在608nm处出现强发射频带，而其具有的橘红色荧光效应，可应用制备荧光材料，从而应用于制造照明、显示、固体激光器、光通讯、光存储以及生物医学成像、诊断与治疗设备。(仪器型号：HITACHI/F-7000)。
4、配位聚合物[Cu6LCl8]n的热重分析
对本实施例中的配位聚合物[Cu6LCl8]n的热重分析表征，如图6所示，从热重分析中可以看出，其骨架在高于250℃的情况下仍能稳定存在，具有一定的热稳定性，为其作为荧光材料的进一步开发应用提供了热稳定性保证。(仪器型号：Pdrkin-Elmin Diamond TG/DTA)。
实施例2
在常温常压下，分别取20mmol对氯甲基苯乙烯和10mmol的2’5-二甲基哌嗪投入烧杯中，用30mL氯仿溶解后，加入30mmol无水碳酸钾，搅拌20小时，静置，过滤，旋转蒸发仪旋干母液得配体L。称取0.1mmol配体和0.15mmol氯化亚铜于派勒管中，加入1.5mL甲醇和2滴水，液氮冷冻后，抽真空，用高温火焰封口。平放于烘箱中，65℃加入3天，派勒管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LCl8]n。
实施例3
在常温常压下，分别取20mmol对氯甲基苯乙烯和10mmol的2’5-二甲基哌嗪投入烧杯中，加入30mL氯仿溶解后，加入30mmol无水碳酸钾，搅拌20小时，静置，过滤，旋转蒸发仪旋干母液得配体L。称取0.05mmol配体和0.1mmol溴化亚铜于派勒管中，加入1mL甲醇和2滴水，液氮冷冻后，抽真空，用高温火焰封口。平放于烘箱中，62℃加入5天，派勒管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LBr8]n。
1、配合物[Cu6LBr8]n的晶体结构测定
对实施例3中的配位聚合物晶体进行分析，在显微镜下选取合适大小的单晶，室温时用经石墨单色化的Mo Kα射线在Bruker Apex II CCD衍射仪上测定单晶的X射线衍射结构，结果表明配位化合物[Cu6LBr8]n属于单斜晶系，空间群为P-1，一价铜原子均处于三配位的构型。用SADABS方法进行半经验吸收校正，晶胞参数用最小二乘法确定，数据还原和结构解析分别使用SAINT和SHELXL程序包完成，所有非氢原子用全矩阵最小二乘法进行各向异性精修，配位聚合物的配位环境图如图7所示，Cu(Ⅰ)与配体烯烃官能团上的两个C原子、两个溴原子进行配位，从而构成了稳定的晶体结构。
图8为实施例3中的配位聚合物[Cu6LBr8]n的一维链状结构图：结构中的中心原子Cu原子均处于三配位构型中，Cu原子与配体烯烃官能团上的两个C原子，通过Cu-C-Cu键相互连接，形成链状结构。
2、配位聚合物[Cu6LBr8]n的XPRD相纯度表征
配位聚合物的XPRD表征如图9所示，结果显示本实施例中的配位聚合物[Cu6LBr8]n具有可靠的相纯度，为其作为荧光材料的应用提供了保证。(仪器型号：Bruker/D8Advance)。
3、配位聚合物[Cu6LBr8]n的荧光性能研究
富集处理后的配合物晶体[Cu6LBr8]n样品经过进一步研磨处理，进行固体荧光的测试，图10为配合物晶体[Cu6LBr8]n的固体荧光分析结果图，分析表明，当激发波长设定上在495nm时，会在609nm处出现强发射频带，而其具有的橘红色荧光效应，可应用制备荧光材料，从而应用于制造照明、显示、固体激光器、光通讯、光存储以及生物医学成像、诊断与治疗设备。(仪器型号：HITACHI/F-7000)。
4、配位聚合物[Cu6LBr8]n的热重分析
对本实施例中的配位聚合物的热重分析表征，如图11所示，从热重分析中可以看出，其骨架在接近350℃左右的情况下仍能稳定存在，具有一定的热稳定性，为其作为荧光材料的进一步开发应用提供了热稳定性保证。(仪器型号：Pdrkin-Elmin Diamond TG/DTA)。
实施例4
在常温常压下，分别取20mmol对氯甲基苯乙烯和10mmol的2’5-二甲基哌嗪投入烧杯中，加入30mL氯仿溶解后，加入30mmol无水碳酸钾，搅拌20小时，静置，过滤，旋转蒸发仪旋干母液得配体L。称取0.1mmol配体和0.15mmol溴化亚铜于派勒管中，加入1.5mL甲醇和2滴水，液氮冷冻后，抽真空，用高温火焰封口。平放于烘箱中，65℃加入3天，派勒管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LBr8]n。
本发明提供的配位聚合物的制备方法无需高温高压条件，反应条件温和、可控性较强，制备方法简单易操作，且配位聚合物热稳定性强。在激发波长设定在495nm时，会在609nm左右处出现强发射频带，发橘红色荧光；该配位聚合物所具备的强发射荧光性能使其可以应用于制备荧光材料，从而应用于制造照明、显示、固体激光器、光通讯、光存储以及生物医学成像、诊断与治疗设备；并且该配位聚合物的中心原子为一价铜原子，大大降低了荧光材料的生产成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，其特征在于：
所述配位聚合物的分子通式为[Cu6LX8]n，其中：X为卤原子，L为配体，n为正整数。
2.根据权利要求1所述具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，其特征在于：所述配位聚合物属于单斜晶系，空间群为P-1，一价铜原子均处于三配位的构型。
3.根据权利要求1所述具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，其特征在于：所述卤原子为Cl原子或Br原子中的至少一种。
4.根据权利要求1所述具有橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物，其特征在于：所述配体的结构式如下：
5.一种权利要求1～权利要求4所述之一橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配体制备：常温常压下，将对氯甲基苯乙烯和2’5-二甲基哌嗪溶于有机溶剂中，在弱碱性条件下生成配体；
(2)荧光性质的化合物[Cu6LX8]n制备：取步骤(1)的配体产物和卤化亚铜置于反应管中，加入甲醇和若干滴水，经液氮冷冻后，抽真空，高温火焰封口，平放反应管于烘箱中，62～65℃加热3～5天，反应管中有结晶生成，即得到所述具有荧光性质的化合物[Cu6LX8]n。
6.根据权利要求5所述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中对氯甲基苯乙烯和2’5-二甲基哌嗪的摩尔比为1:2(按实施例1～实施例4应为2：1)。
7.根据权利要求5所述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中使用的有机溶剂为氯仿。
8.根据权利要求5所述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于：步骤(1)中配体制备的反应使用无水碳酸钾提供碱性反应条件。
9.根据权利要求5所述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于：步骤(2)中配体和卤化亚铜的摩尔比为1:1.5～1:2。
10.根据权利要求5所述橘红色荧光效应的烯烃铜配位聚合物的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加热方法为水热法或溶剂热法之一。
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