Synthesis, Crystal Structure and Fluorescence Property of a Copper Coordination Complex with N⁃Donor Ligand

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.005

Abstract

Abstract:

A mononuclear Cu complex Cu_0.5(4,4'?bipy)(H₂O)·L·0.5(4,4'?bipy)·2H₂O (1) was obtained by hydrothermal reaction with Cu²⁺ as the central ion and 4,4'?bipy as the nitrogen?containing auxiliary ligand. Its structure and composition were characterized by modern characterization methods, such as X?ray single crystal diffraction, elemental analysis and infrared spectrum. The results show that Cu²⁺ is six coordinated with four nitrogen atoms of 4,4'?bipy molecules and two oxygen atoms of H₂O molecules, showing a distorted octahedral coordination configuration. L^2- anion only balances the positive charges in compound 1 and does not participate in the coordination of metal Cu²⁺. Cu²⁺ coordinates with 4,4'?bipy and H₂O molecules to form a lattice layered structure [Cu(4,4'?bipy)₂(H₂O)₂]²⁺, the hydroxyl group of L^2- anion and free H₂O molecules form hydrogen bonds with H₂O molecules in the layered structure respectively, which increases the thermal stability of H₂O molecules in compound 1. The fluorescence emission of compound 1 is at 409 nm, which can be attributed to the intraligand emission state. Compared with the ligand, there is a slight red shift, which may be caused by the coordination between 4,4'? bipy ligand and Cu²⁺.

Key words: N?donor ligand, Fluorescence property, Copper ion, Structure

摘要：

以Cu²⁺为中心离子、4, 4'?联吡啶（4,4'?bipy）为辅助配体，通过水热反应得到一个单核Cu配合物Cu_0.5(4,4'?bipy)(H₂O)·L·0.5(4,4'?bipy)·2H₂O（1） (NaL=3?羟基苯磺酸钠)。采用X?射线单晶衍射、元素分析以及红外光谱表征了其结构和组成。结果表明，Cu²⁺是六配位，呈扭曲的八面体配位构型，与四个4,4'?bipy分子的氮原子以及两个H₂O分子的氧原子配位；L^2-只平衡化合物1中的正电荷，不与Cu²⁺配位；Cu²⁺与4,4'?bipy和H₂O分子配位形成方格形层状结构[Cu(4,4'?bipy)₂(H₂O)₂]²⁺，L^2-的羟基以及游离的H₂O分子分别与层状结构中的H₂O分子形成氢键，提高了水分子的热稳定性；化合物1的荧光发射在409 nm，为配体内荧光发射；与NaL配体相比，发生轻微红移，可能是4,4'?bipy配体与Cu²⁺配位作用所致。

关键词: 含氮配体, 荧光性质, 铜离子, 结构

CLC Number:

TE08

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Figures/Tables 9

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指标	数据
化学式	C₂₁H₂₃N₃O₇SCu_0.5
M_w	493.25
晶系	单斜
空间群	C2/c
T/K	123
a/nm	1.793 07(7)
b/nm	1.125 71(3)
c/nm	2.381 60(8)
V/nm³	4.263 60(3)
Z	8
µ/mm^-1	0.69
R_int	0.036
R[F²>2σ(F²)]、wR(F²)、S	0.032、0.087、0.980
Δρ_max（Δρ_min）/（e•nm^-3）	570（-530）

指标	数据
化学式	C₂₁H₂₃N₃O₇SCu_0.5
M_w	493.25
晶系	单斜
空间群	C2/c
T/K	123
a/nm	1.793 07(7)
b/nm	1.125 71(3)
c/nm	2.381 60(8)
V/nm³	4.263 60(3)
Z	8
µ/mm^-1	0.69
R_int	0.036
R[F²>2σ(F²)]、wR(F²)、S	0.032、0.087、0.980
Δρ_max（Δρ_min）/（e•nm^-3）	570（-530）

配位键	键长/nm	配位键	键长/nm
Cu1—O5ⁱ	0.238 72(12)	Cu1—N1	0.201 64(14)
Cu1—O5	0.238 71(12)	Cu1—N2	0.207 20(19)
Cu1—N1ⁱ	0.201 64(14)	Cu1—N3ⁱⁱ	0.208 74(19)

配位键	键长/nm	配位键	键长/nm
Cu1—O5ⁱ	0.238 72(12)	Cu1—N1	0.201 64(14)
Cu1—O5	0.238 71(12)	Cu1—N2	0.207 20(19)
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配位键	键角/（°）	配位键	键角/（°）	配位键	键角/（°）
O5—Cu1—O5ⁱ	174.14(6)	N1—Cu1—N3ⁱⁱ	90.21(4)	N1ⁱ—Cu1—O5ⁱ	88.79(5)
N1ⁱ—Cu1—O5	91.19(5)	N1ⁱ—Cu1—N3ⁱⁱ	90.21(4)	N1—Cu1—O5ⁱ	91.19(5)
N1—Cu1—O5	88.79(5)	N2—Cu1—O5	87.07(3)	N1ⁱ—Cu1—N1	179.57(8)
N2—Cu1—O5ⁱ	87.07(3)	N3ⁱⁱ—Cu1—O5	92.93(3)	N1—Cu1—N2	89.79(4)
N2—Cu1—N3ⁱⁱ	180.00	N1ⁱ—Cu1—N2	89.79(4)	N3ⁱⁱ—Cu1—O5ⁱ	92.93(3)