说明书具有潜在荧光材料的蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物及其制备方法
本发明得到国家自然科学基金面上项目(21471113)、青年拔尖人才支持计划、天津市教委面上项目(20140506)、天津师范大学中青年教师学术创新推进计划项目(52XC1401)、天津市科委面上项目(11JCYBJC03600)以及天津市高等学校创新团队培养计划(TD12-5038)的资助。
技术领域
本发明属于有机和无机合成技术领域，涉及述蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)的制备方法及作为潜在的荧光材料的应用。
背景技术
1,2,4-三唑及其衍生物兼有吡唑和咪唑的配位特点，是配位能力较强的桥连配体，目前已合成并表征了大量的单核、多核和多维化合物。这些配体能够以1,2位上的氮原子与金属离子配位形成N1,N2-桥连模式，对于4位未取代的1,2,4-三唑衍生物能通过2,4位上的氮原子形成N2,N4-桥连模式，这种N2,N4-桥连模式同金属酶中咪唑的N1,N3-桥连模式类似。对于三唑类化合物的特殊用途还表现在分子器件化的设计上，合成具有不同维数的金属配合物乃是完成器件化至关重要的一步。
本发明即是它是采用“水热法”，即Cd(NO3)2·6H2O、间苯二甲酸、L和水在90 oC水热条件下反应三天后降至室温得到适合X-射线单晶衍射的黄色块状晶体{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)。该配合物还可作为潜在的荧光材料方面得以应用。
发明内容
本发明的另一个目的在于提供一种蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)单晶及其制备方法。
为此本发明人提供了如下的技术方案：
蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)的结构基元如图1所示。
本发明进一步公开了蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)单晶，其特征在于该单晶结构采用APEX II CCD 单晶衍射仪，使用经过石墨单色化的Mokα射线(λ = 0.71073 ?)为入射辐射，以ω-2θ扫描方式收集衍射点，经过最小二乘法修正得到晶胞参数，从差值傅立叶电子密度图利用SHELXL-97直接法解得单晶数据：
表1. 配合物1的晶体学数据
本发明所述蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)单晶的制备方法，其特征在采用“水热法”，即Cd(NO3)2·6H2O、间苯二甲酸、L和水在90 oC水热条件下反应三天后降至室温以制备该配合物
本发明一个优选的例子：
1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑(L)的制备
在极性溶剂采用“一锅法”，将9,10-二溴蒽，1H-1,2,4-三唑，碳酸钾和氧化铜在加热条件下反应制备；其中9,10-二溴蒽：1H-1,2,4-三唑：碳酸钾：氧化铜的摩尔比为2:10-15:30:1；
9,10-二溴蒽 1H-1,2,4-三唑
本发明优选9,10-二溴蒽：1H-1,2,4-三唑：碳酸钾：氧化铜的摩尔比为2:10-15:30:1；反应温度100℃，反应时间48小时。在极性溶剂中，采用“一锅法”，将9,10-二溴蒽，1H-1,2,4-三唑，碳酸钾和氧化铜在加热条件下制备该有机化合物；
本发明另一个优选的实施例
L (0.1 mmol)、间苯二甲酸(0.1 mmol)、Cd(NO3)2·6H2O (0.1 mmo)和10 mL水放到23 mL水热釜中。开釜后过滤，滤液黄色，常温挥发两周后有适合X-射线单晶衍射的黄色块状晶体，产率45%。元素分析(C87H52Cd4N18O16) 理论值(%)：C，50.85；H，2.55；N，12.27。实测值：C，50.87；H，2.59；N，12.39。
本发明进一步公开了蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)可作为潜在的荧光材料方面得以应用。
本发明公开的一种蒽环双三唑间苯二甲酸硝酸镉配合物{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)单晶所具有的优点和特点在于：
(1) 反应操作简便易行。
(2) 反应收率高，所得产品的纯度高。
(3) 本发明所制备的{[Cd(ipa)(L)]·L} (1) (L = 1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，ipa = 间苯二甲酸)生产成本低，方法简便，适合大规模生产。
附图说明
图1：配合物1的晶体结构基元图；
图2：配合物1的三维结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，实施例仅为解释性的，决不意味着它以任何方式限制本发明的范围。所有的原料例如：蒽环等都是从国内外的化学试剂公司进行购买，没有经过继续提纯而是直接使用的。所用原料9,10-二溴蒽、1H-1,2,4-三氮唑 、碳酸钾、氧化铜等均有市售。
实施例1
9,10-二溴蒽：1H-1,2,4-三唑：碳酸钾：氧化铜的摩尔比为2:10-15:30:1
在装有磁子、回流冷凝器和温度计的50 mL三口圆底烧瓶内分别加入CuO (0.0398 mg，0.5 mmol)，碳酸钾(2.0731 g，15 mmol)，三唑(0.345 mg，5 mmol)，9,10-二溴蒽(0.3360 g，1 mmol)，20 mL DMF。开动搅拌在100 oC，反应24小时。反应结束后，将反应液降至室温，过滤，滤液加入100 mL水，析出大量沉淀，抽滤，收集滤饼，1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑，收率60%。
实施例2
1-[9-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基)蒽-10-基]-1H-1,2,4-三氮唑(L) (0.1 mmol)、间苯二甲酸(0.1 mmol)和Cd(NO3)2·6H2O (0.2 mmo)在10 mL水和6 mL DMF混合溶剂中搅拌半小时后产生少量黄色沉淀，过滤后，滤液呈黄色。常温挥发一周后有适合X-射线单晶衍射的黄色块状晶体。产率：35%。元素分析(C32H36CdN8O9) 理论值(%)：C，48.71；H，4.60；N，14.20。实测值：C，48.77；H，4.64；N，14.29。
实施例3
晶体结构测定采用APEX II CCD单晶衍射仪，使用经过石墨单色化的Mokα射线(λ = 0.71073 ?)为入射辐射，以ω-2θ扫描方式收集衍射点，经过最小二乘法修正得到晶胞参数，从差值傅立叶电子密度图利用软件解出晶体结构，并经洛仑兹和极化效应修正。所有的H原子由差值傅立叶合成并经理想位置计算确定。详细的晶体测定数据见表1。结构基元见图1，三维结构见图2。
表1. 配合物1的晶体学数据
实施例4
染料或发光剂使用的实际例子
方法：染料溶液的微分脉冲伏安(DPV)曲线通过美国普林斯顿应用研究所研制的PARSTAT 2273电化学工作站测量。溶液的DPV测试采用三电极体系，玻碳电极为工作电极，辅助电极为铂片电极，自制的Ag/AgNO3电极为参比电极；电解液为0.1mol·L-1TBAP的乙腈溶液。以二茂铁氧化还原可逆点对为内标，得到测试体系与标准氢电极体系之间的校正值。
单色入射光光电转换效率(IPCE)描述DSCs在单色光作用下的光电转换效率，是转移到外电路的电子数与入射光子数之比。测量时，使用500 W氙灯作为光源，入射光经过WDS-5型组合式多功能光栅光谱仪得到不同波长λ下的单色光；单色光照射于电池的光阳极，由Keithley2400数字源表读取电流值I。单色光的福照度由USB4000 plug-and-play微型光线光谱仪测量。
步骤：为了确切了解染料在TiO2膜上的吸附量，将染料敏化TiO2纳米晶膜(几何面积约为1 cm2)浸泡在10 mL 0.01 mol·L-1的氢氧化钠的甲醇溶液中过夜，待染料完全解附后测定溶液的吸光度。根据吸光度和摩尔吸光洗漱可以计算出单位面积纳米晶膜上染料的吸附量。该配合物的吸附量为1.5×10-4 mol/cm2。
结果：与染料的甲醇溶液相比，染料在TiO2膜上的吸收光谱均明显变宽和红移。这表明染料分子在TiO2形成了首并尾的J-聚集体。从DSCs的工作原理讲，染料聚集引起的光谱宽化和红移对于染料的光电响应范围的拓宽是十分有利的。但与此同时，染料聚集体会大大降低其电子注入效率，从而导致DSCs的性能低下。所以，通常在染料溶液中加入共吸附剂来抑制染料的聚集。该配合物在甲醇溶液中及其在TiO2膜电极上的紫溶液的荧光测试采用2.5×10-5 mol/L的甲醇溶液，最大荧光发射波长位于560 nm。
在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受说明书中所举实例实施方式的限制。