CN113292581B - 一种新型配位圆偏振发光晶态化合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型配位圆偏振发光晶态化合物[ZnSalen][DABCO][EtOH]，其分子式为C44H70N4O3Zn，Salen为3,5‑二叔丁基水杨醛基‑S,S‑1,2‑环己基亚胺，DABCO为三乙烯二胺，该化合物中心金属锌原子是五配位的金字塔型构型，Salen配体的N2O2占据底面四个角，另有DABCO的一个N原子的占据顶点。配合物呈现T字型构象，DABCO的另一个N原子和乙醇客体分子形成氢键作用。配合物具备极性，采取P21空间群，365nm紫外照射下发青光，并且可以光致圆偏振发光。本发明还公开该金属有机化合物晶体的制备方法。本发明制备得到的[ZnSalen][DABCO][EtOH]金属荧光晶态配合物在光学材料(如非线性光学材料、圆偏振发光、荧光传感等)方面有着良好的潜在应用。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，尤其涉及一种新型配位圆偏振发光晶态化合物及其制备方法与应用。
背景技术
Salen配体是卟啉类似物，具有N2O2型优异的四齿配位点，能够与众多金属离子配位，这类配合物已被广泛应用于均相催化，但用于构筑其他功能的化合物还较少报道。金属Salen配合物的合成已显着成熟，可以大规模制备高度功能化的对称和非对称构建基元的库。构建这些金属Salen络合物所需的前体是可广泛获得且相对便宜的，因此可以经济有效地获得各种结构，这些结构也可以轻松地进行微调。其中，以Zn(II)为中心的络合物直到2003年以后才被认为可用于催化和超分子应用。Zn的5配位能力使其配合物可以具备几何形状多样性，使ZnSalen络合物可以构建诸多有趣单元，具有各种光物理，催化，传感特性的新材料的潜在应用价值，而ZnSalen配合物用于圆偏振发光还鲜有报道，后者在3D显示、信息存储与处理、圆偏振激光、生物探针、光催化不对称合成等领域具有广泛的应用前景。最新的报道文献中ZnSalen晶态化合物电致发圆偏振光，尚未有ZnSalen晶态化合物的光致圆偏振发光的研究与报道。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种具有荧光的新型配位圆偏振发光晶态化合物及其制备方法与应用。
技术方案：本发明的新型配位圆偏振发光晶态化合物，包括3,5-二叔丁基水杨醛、S,S-环己二胺、N,N-二甲基甲酰胺、三乙烯二胺、金属盐结晶水合物和无水乙醇制得。
[ZnSalen][DABCO][EtOH]金属圆偏振发光配合物，其分子式为C44H70N4O3Zn，为黄色块状晶体，Salen为3,5-二叔丁基水杨醛基-S,S-1,2-环己基亚胺，DABCO为三乙烯二胺，该化合物中心金属锌原子是五配位的金字塔型构型，Salen配体的N2O2占据底面四个角，另有DABCO的一个N原子的占据顶点。配合物呈现T字型构象，DABCO的另一个N原子和乙醇客体分子形成氢键作用。在100K，分析其晶体结构，其呈T字型构象。采用单斜晶系，极性空间群P21，
α＝90°，β＝91.362(3)°，γ＝90°，
Z值为4。晶体结构中含结晶溶剂乙醇，在100K化合物的原子都处于有序状态，上下两个T字型主体框架反向排列，分子堆积可以清楚的看到乙醇分子处于相邻分子的孔道当中。配合物具备极性，采取P21空间群，365nm紫外照射下发青光，并且可以光致发射圆偏振光。
进一步地，按质量份包括3,5-二叔丁基水杨醛1.2-1.5份、S,S-环己二胺0.25-0.3份、N,N-二甲基甲酰胺200-300份、三乙烯二胺2.5-3份、金属盐结晶水合物1.5-1.6份和无水乙醇110-130份。
进一步地，所述金属盐结晶水合物包括高氯酸锌、硝酸锌或四氟硼酸锌。
本发明的一种新型配位圆偏振发光晶态化合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将3,5-二叔丁基水杨醛加入到无水乙醇中，再加入S,S-环己二胺的无水乙醇清液，升温回流反应，析出黄色细针状晶体，降至室温，过滤后洗涤，真空干燥，得到黄色针状晶体；
(2)将步骤(1)得到的黄色针状晶体溶解于N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇中，保持搅拌，同时加入三乙烯二胺的无水乙醇清液，搅拌，而后再加入金属盐结晶水合物的无水乙醇清液，持续搅拌，反应后取体系的清液于容器中；
(3)将步骤(2)所得的清液于常温下缓慢挥发，3-7天后析出黄色小块状晶体，即为最终产物[ZnSalen][DABCO][EtOH]圆偏振发光金属配合物。
进一步地，步骤(1)中，所述3,5-二叔丁基水杨醛与S,S-环己二胺的摩尔比为2.1-2.3:1。
进一步地，步骤(1)中，所述升温至80-85℃，所述回流反应的时间为12-24h。
进一步地，步骤(2)中，所述N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为2-3:1。
进一步地，步骤(2)中，所述N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇混合溶剂溶清的三乙烯二胺的摩尔加入量为当前体系的5-10倍。
进一步地，步骤(3)中，所述常温为15-25℃。
本发明的新型ZnSalen晶态化合物可以应用于荧光材料以及圆偏振发光材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明制得具有荧光性质以及圆偏振发光的[ZnSalen][DABCO][EtOH]金属配合物在光学材料(如非线性光学材料、圆偏振发光、荧光传感)等方面有着良好的潜在应用。产品具有工艺简单、原料廉价易得、合成条件简单无需等多其他安全性等要求，适于大规模工业生产。另外本产物具有青色的荧光，更重要的是第一例基于ZnSalen的光致圆偏振发光晶态配合物，具有良好的潜在应用价值，有望用于3D显示、信息存储与处理、圆偏振激光。本发明的合成方法简单，一锅法配体与金属盐直接自组装，成本较低，适用于大规模生产。
附图说明
图1为本发明的金属圆偏振发光配合物的晶体结构图(晶体结构图中的H原子已省略)；
图2为本发明圆偏振发光配合物的晶体外形图片、日光灯下颜色、光致发光颜色、荧光光谱图、圆偏振发光图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
将0.3g Salen配体和0.5g三乙烯二胺溶解于35ml体积比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇混和溶剂中，在50ml烧杯中搅拌至均匀溶清，向清液中加入10ml的0.3g的Zn(NO3)2·6H2O的体积比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇混和溶剂的清液，用扎洞的保鲜膜将烧杯封口，静置于15到25度环境温度中，缓慢挥发，约3-7天后析出黄色小块状晶体，以硝酸锌计算产品收率约为75％。
挑选尺寸为0.20×0.20×0.20mm3的晶体用于单晶结构分析，单晶衍射数据在Rigaku Oxford Diffraction,2020衍射仪上收集，方法为XtaLAB Synergy R,DW system,HyPix,Hybrid Pixel Array Detector，射线采用Rigaku(Mo)X-ray Source。
所得化合物的晶体结构数据如表2。
实施例2
将1g Salen配体和1.6g三乙烯二胺溶解于70ml体积比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇混和溶剂中，在100ml烧杯中搅拌至均匀溶清，向清液中加入20ml的1g的Zn(BF4)2·4H2O的体积比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇混和溶剂的清液，用扎洞的保鲜膜将烧杯封口，静置于15到25度环境温度中，缓慢挥发，约3-7天后析出黄色小块状晶体，以四氟硼酸锌计算产品收率约为85％。
所得到的晶体结构数据如表3。
实施例3
将2g Salen配体和3.2g三乙烯二胺溶解于140ml体积比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺和甲醇混和溶剂中，在200ml烧杯中搅拌至均匀溶清，向清液中加入40ml的1g的Zn(ClO4)2·6H2O的体积比为2:1的N,N-二甲基甲酰胺和甲醇混和溶剂的清液，用扎洞的保鲜膜将烧杯封口，静置于15到25度环境温度中，缓慢挥发，同样的，约3-7天后析出黄色小块状晶体，以高氯酸锌计算产品收率约为80％。
所得到的晶体结构数据如表4。
表1化合物[ZnSalen][DABCO][EtOH]的主要晶体学数据
[a]R1＝Σ||Fo|-|Fc||/|Fo|.[b]wR2＝[Σw(Fo 2-Fc 2)2]/Σw(Fo 2)2]1/2.[c]最大和最小的残余电子密度。
表2用硝酸锌六水合物得到产物的晶体学数据
表3用四氟硼酸锌四水合物得到产物的晶体学数据
表4用高氯酸锌六水合物，N,N-二甲基甲酰胺和甲醇作为溶剂得到产物的晶体学数据(此例可作为对比例)
获得的黄色小块状晶体[ZnSalen][DABCO][EtOH]，在100K，分析其晶体结构，我们发现其呈T字型构象。采用单斜极性晶系，空间群P21，
α＝90°，β＝91.362(3)°，γ＝90°，
Z值为4。晶体结构中含结晶溶剂乙醇，在100K化合物的原子都处于有序状态，上下两个T字型主体框架反向排列，分子堆积可以清楚的看到乙醇分子处于相邻分子的孔道当中，并且乙醇分子和DABCO的一个N原子形成氢键，稳定了化合物。到了高温413K时，晶体堆积不变，结构中的叔丁基以及DABCO的热振动变大(图1)。
如图2所示，黄色小块状晶体[ZnSalen][DABCO][EtOH]具有很好的荧光性能，以及光致圆偏振发光性能。
Claims (7)
1.一种配位圆偏振发光晶态化合物，其特征在于，化合物为[ZnSalen][DABCO][EtOH]金属圆偏振发光配合物，分子式为C44H70N4O3Zn，为黄色块状晶体，Salen为3,5-二叔丁基水杨醛基-S,S-1,2-环己基亚胺，DABCO为三乙烯二胺，该化合物中心金属锌原子是五配位的金字塔型构型，Salen配体的N2O2占据底面四个角，另有DABCO的一个N原子的占据顶点，DABCO的另一个N原子和乙醇客体分子形成氢键作用，配合物呈现T字型构象；采用单斜晶系，极性空间群P21，a = 13.4305(4) Å，b = 18.0129(7) Å，c = 17.7613(6) Å，α = 90°，β= 91.362(3)°，γ = 90°，V = 4295.6(3) Å3，Z值为4；晶体结构中含结晶溶剂乙醇，在100K化合物的原子都处于有序状态，上下两个T字型主体框架反向排列，分子堆积可以清楚的看到乙醇分子处于相邻分子的孔道当中；配合物具备极性，采取P21空间群，365 nm紫外照射下发青光，并且可以光致发射圆偏振光；
由3,5-二叔丁基水杨醛、S,S-环己二胺、N,N-二甲基甲酰胺、三乙烯二胺、金属盐结晶水合物和无水乙醇制得；按质量份包括3,5-二叔丁基水杨醛1.2-1.5份、S,S-环己二胺0.25-0.3份、N,N-二甲基甲酰胺200-300份、三乙烯二胺2.5-3份、金属盐结晶水合物1.5-1.6份和无水乙醇110-130份；所述金属盐结晶水合物包括高氯酸锌、硝酸锌或四氟硼酸锌。
2.一种权利要求1所述的配位圆偏振发光晶态化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将3,5-二叔丁基水杨醛加入到无水乙醇中，再加入S,S-环己二胺的无水乙醇清液，升温回流反应，析出黄色细针状晶体，降至室温，过滤后洗涤，真空干燥，得到黄色针状固体；
（2）将步骤（1）得到的黄色针状固体溶解于N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇中，保持搅拌，同时加入三乙烯二胺的N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇的清液，搅拌，而后再加入金属盐结晶水合物的N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇的清液，持续搅拌，反应后取体系的清液于容器中；
（3）将步骤（2）所得的清液于常温下缓慢挥发，3-7天后析出黄色小块状晶体，即为最终产物；
步骤（1）中，所述升温至80-85℃，所述回流反应的时间为12-24h。
3.根据权利要求2所述的配位圆偏振发光晶态化合物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述3,5-二叔丁基水杨醛与S,S-环己二胺的摩尔比为2.1-2.3:1。
4.根据权利要求2所述的配位圆偏振发光晶态化合物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为2-3:1。
5.根据权利要求2所述的配位圆偏振发光晶态化合物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇混合溶剂溶清的三乙烯二胺的摩尔加入量为当前体系的5-10倍。
6.根据权利要求2所述的配位圆偏振发光晶态化合物的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述常温为15-25℃。
7.一种权利要求1所述的配位圆偏振发光晶态化合物的应用，其特征在于，所述晶态化合物应用于荧光材料以及光致圆偏振发光材料。
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