羧苄基紫精配位聚合物的多重响应行为

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220187

摘要/Abstract

摘要：

随着智能材料的不断发展，多重刺激响应型紫精配位聚合物有望应用于材料学和生物学等工程领域，引起了广泛的兴趣。为了获得此类化合物，以羧苄基紫精、1，1'-双（4-羧苄基）-4，4'-联吡啶二氯化物（H₂BpybcCl₂）为功能配体，与过渡金属离子Ni²⁺（1）、Mn²⁺（2）和Co²⁺（3）自组装反应，形成3个相同结构的二维配位聚合物｛［M₂（Bpybc）₃（H₂O）₆］·（OH）₄·nH₂O｝ _n。由于紫精自由基的存在，在紫外灯照射下，3个化合物均表现出明显的光致变色行为。加热的条件下，3个化合物也表现出由于脱水导致的配位场d-d跃迁而发生的颜色变化。

关键词: 紫精, 配位聚合物, 光致变色, 热致变色

Abstract:

With the continuous development of smart materials， multiple-responsive viologen coordination polymers are expected to be applied in engineering fields such as materials science and biology， and have aroused extensive interest. In order to obtain such compounds， a carboxybenzyl viologen ligand， 1，1'-bis（4-carboxybenzyl）-4，4'-bipyridine dichloride （H₂BpybcCl₂） is used as the functional ligand to react with the transition metal ions Ni²⁺ （1），Mn²⁺ （2） and Co²⁺ （3） to form three isostructural two-dimensional （2D） coordination polymers ｛［M₂（Bpybc）₃（H₂O）₆］·（OH）₄·nH₂O｝ _n . Due to the existence of viologen radicals， the three compounds exhibited photochromic behaviors under UV light irradiation. Upon heating， the three compounds also showed obvious color changes due to d-d transitions in the coordination field caused by dehydration.

Key words: Viologens, Coordination polymers, Photochromism, Thermochromism

中图分类号:

O612

刘进剑, 陆艺炜. 羧苄基紫精配位聚合物的多重响应行为[J]. 应用化学, 2023, 40(3): 397-403.

Jin-Jian LIU, Yi-Wei LU. Multiple-Responsive Coordination Polymers Based on a Carboxybenzyl Viologen Ligand[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2023, 40(3): 397-403.

图/表 4

图1 化合物1的晶体结构图（A）和二维结构图（B）

Fig.1 Crystal structure （A） and two-dimensional infinite layer （B） for compound 1

图2 在光照条件下，化合物1（A）、2（B）和3（C）晶体的颜色变化；在加热条件下化合物1（D）、2（E）和3（F）晶体的颜色变化

Fig.2 The color changes of crystals for compounds 1 （A）， 2 （B） and 3 （C） under irradiation； The color changes of crystals for compounds 1 （D）， 2 （E） and 3 （F） under heating

图3 光照和加热前后，化合物1（A）、2（B）和3（C）的UV-Vis光谱和化合物1（D）、2（E）和3（F）的EPR光谱

Fig.3 UV-Vis spectra for compounds 1 （A）， 2 （B） and 3 （C） before and after irradiation or heating； EPR spectra for compounds 1 （D）， 2 （E） and 3 （F） before and after irradiation or heating

图4 化合物3光照前（3）和光照后（3P）的XPS光谱（A： C1s；B：N1s；C：O1s；D：Co2p）

Fig.4 XPS core-level spectra （A： C1s； B： N1s； C： O1s； D： Co2p） of compound 3 before irradiation （3） and after irradiation （3P）

参考文献 22

1	LI G P， HAO P F， FU Y L， et al. Bipyridyltriazolium chlorobismuthate with thermo-/photochromic and photoluminescent switching behaviors based on ET and CT［J］. Inorg Chem， 2016， 55（21）： 11342-11347.
2	SUN J K， YANG X D， YANG G Y， et al. Bipyridinium derivative-based coordination polymers： from synthesis to materials applications［J］. Coord Chem Rev， 2019， 378： 533-560.
3	HAO P F， GUO C Y， WANG M D， et al. Lattice water controlled photo- and thermochromism of N-protonated carbomethoxypyridinium iodoargentate hybrids［J］. Inorg Chem， 2019， 58： 3364-3373.
4	隋琪. 紫精-双羧酸化合物的设计合成及其变色性质研究［D］. 上海：华东师范大学， 2018.
	SUI Q. Design， synthesis and chromic properties of viologen-dicarboxyl compounds［D］. Shanghai： East China Normal University， 2018.
5	SUN J K， WANG P， YAO Q X， et al. Solvent- and anion-controlled photochromism of viologen-based metal-organic hybrid materials［J］. J Mater Chem， 2012， 22： 12212-12219.
6	YANG X D， CHEN C， ZHANG J， et al. The effects of molecular configuration on the photochromism and decolorization of two bipyridinium-based coordination polymers［J］. Inorg Chem Commun， 2015， 60： 122-125.
7	GE B D， HAN S D， WANG G M， et al. Coordination-driven strategy towards crystalline hybrid photochromic materials via the marriage of a non-photochromic extended dipyridine unit and zincophosphate［J］. J Mater Chem C， 2019， 7： 3920-3923.
8	ZHANG C， SUN L， YAN Y， et al. A novel photo- and hydrochromic europium metal-organic framework with good anion sensing properties［J］. J Mater Chem C， 2017， 5（35）： 8999-9004.
9	CHEN Z W， LU G， LI P X， et al. Influence of supramolecular interactions on electron-transfer photochromism of the crystalline adducts of 4，4'-bipyridine and carboxylic acids［J］. Cryst Growth Des， 2014， 14： 2527-2531.
10	LI P， WANG M， CAI L， et al. Rare electron-transfer photochromic and thermochromic difunctional compounds［J］. J Mater Chem C， 2015， 3（2）： 253-256.
11	LIU J， LU Y， LU W. Metal-dependent photosensitivity of three isostructural 1D CPs based on the 1，1′-bis（3-carboxylatobenzyl）-4，4′-bipyridinium moiety［J］. Dalton Trans， 2020， 49： 4044-4049.
12	DONG Z P， ZHAO G G， LIU P Y， et al. A metal-organic framework constructed by a viologen-derived ligand： photochromism and discernible detection of volatile amine vapors［J］. New J Chem， 2019， 43： 9032-9038.
13	LI W B， YAO Q X， SUN L， et al. A viologen-based coordination polymer exhibiting high sensitivity towards various light sources［J］. CrystEngComm 2017， 19： 722-726.
14	LI S L， HAN M， ZHANG Y， et al. X-Ray and UV dual photochromism， thermochromism， electrochromism， and amine-selective chemochromism in an anderson-like Zn7 cluster-based 7-fold interpenetrated framework［J］. J Am Chem Soc， 2019， 141（32）： 12663-12672.
15	LIU J， LU Y， LU W. Sun， UV and X-ray triple photochromic properties of three coordination polymers based on 1，1′-bis（3-carboxylatobenzyl）-4，4′-bipyridinium ligand［J］. CrystEngComm， 2020， 22： 2121-2127.
16	SUN Y， ZHANG J， JU Z， et al. Two-dimensional noninterpenetrating transition metal coordination polymers with large honeycomb-like hexagonal cavities constructed from a carboxybenzyl viologen ligand［J］. Cryst Growth Des， 2005， 5（5）： 1939-1943.
17	ZHANG P， YANG X， SUN L， et al. The effect of different substituent groups of auxiliary ligands on the photochromic behaviors of bipyridinium-based coordination polymers［J］. Inorg Chem Commun， 2017， 75： 8-11.
18	LIU J， GUAN Y， LIN M， et al. Anion-mediated architecture and photochromism of rigid bipyridinium-based coordination polymersc［J］. Cryst Growth Des， 2016， 16（5）： 2836-2842.
19	YANG X， CHEN C， ZHANG Y， et al. Halogen-bridged metal-organic frameworks constructed from bipyridinium-based ligand： structures， photochromism and non-destructive readout luminescence switching［J］. Dalton Trans， 2016， 45（11）： 4522-4527.
20	LIU J， LU Y， LU W. Metal-controlled architecture and photochromism of three coordination polymers based on N，N′- bis（carboxyethyl）-4，4′-bipyridinium ligand［J］ . Dyes Pigm， 2020， 180： 108498.
21	LI X， TU Z， LI L， et al. A novel viologen-based coordination polymer with multi-stimuli responsive chromic properties： photochromism， thermochromism， chemochromism and electrochromism［J］. Dalton Trans， 2020， 49（1）： 3228-3233.
22	LIU J， LU Y， LU W. Photochromism and hydrochromism of three two-dimensional coordination polymers constructed from a carboxybenzyl viologen ligand［J］. Dyes Pigm， 2020， 182： 108631.

[1]	刘进剑, 刘娜, 杨凤意. 2种同构紫精配位聚合物的合成及其光致变色性能[J]. 应用化学, 2023, 40(2): 245-251.
[2]	郭照南, 张斌, 孙雪娇, 吕成伟, 于世钧. 新型双8-羟基喹啉配体及其锌、铝配位聚合物的合成和性能[J]. 应用化学, 2018, 35(5): 544-551.
[3]	符柳娃, 苏嘉辉, 严佳进, 张婷, 杨妍, 刘晓暄. 光致变色含氟丙烯酸酯涂层的制备及性能[J]. 应用化学, 2018, 35(12): 1434-1441.
[4]	杜香莎, 李海洋, 刘恒, 李根恒, 李林科, 臧双全. 紫精修饰多功能Eu(Ⅲ)配合物的荧光开关、非线性光学和光电活性[J]. 应用化学, 2017, 34(9): 1024-1034.
[5]	李娜, 常泽, 卜显和. 基于四唑功能位点的Tb³⁺配位聚合物的构筑及其金属离子荧光检测性能[J]. 应用化学, 2017, 34(9): 1046-1051.
[6]	张学峰, 许彦桐, 柳思扬, 叶嘉文, 张杰鹏. 沸石型咪唑锌框架MAF-6的一价铜磷光掺杂[J]. 应用化学, 2017, 34(9): 1052-1058.
[7]	刘成,胡炳成,余传明,李济婷. 卟啉-二芳基乙烯分子的合成及其无损读取性能[J]. 应用化学, 2017, 34(5): 527-533.
[8]	李济婷, 胡炳成, 余传明, 刘成. 吡啶基二噻吩乙烯轴向配位锰(Ⅱ)-卟啉化合物的合成及性质[J]. 应用化学, 2017, 34(4): 402-407.
[9]	宋秀美, 冯宗财, 汪朝阳, 陈小玲, 梁志美, 梁燕玉. 假1,2-二苯乙烯型偶氮苯合成、表征及其光致异构性能[J]. 应用化学, 2016, 33(4): 442-451.
[10]	刘国成, 陈乃丽, 王秀丽, 熊莹. 一个二维钴配位聚合物的合成、结构及光催化性质[J]. 应用化学, 2015, 32(3): 335-341.
[11]	孙爱兵, 余传明, 胡炳成. 对称吡啶基二噻吩乙烯光致变色化合物的合成与性能[J]. 应用化学, 2015, 32(12): 1431-1436.
[12]	祖丽皮亚·阿不力孜, 王莉, 沙拉买提·托乎提, 张艳慧, 王英波. 叠氮阴离子μ-1,1桥联双核Co(Ⅱ)配合物的合成及其晶体结构和磁性[J]. 应用化学, 2012, 29(08): 938-941.
[13]	杨艳红, 李野, 牛淑云, 金晶, 迟玉贤. 系列Ln(Ⅲ)配位聚合物(Ln=Eu,Sm,Tb,Pr,Gd)的合成及其荧光分析[J]. 应用化学, 2010, 27(09): 1055-1060.
[14]	库宗军,张忠海,肖丽媛. 电荷转移盐(C3H5N2)3[PMo12O40]的合成与热分解及光致变色动力学[J]. 应用化学, 2010, 27(02): 173-177.
[15]	郭宏仓, 傅正生, 廖乐星, 袁莉. 2种偶氮席夫碱类化合物的合成及其热致变色性质[J]. 应用化学, 2009, 26(5): 530-533.