论文总字数：20219字

摘 要

金属有机骨架材料（MOFs材料）是由金属离子和有机配体桥联构筑得到的，与传统的纳米多孔材料相比，MOFs材料存在很多优点，例如，通过对配体的设计和修饰，可以有效地调节孔道大小，孔道的设计为MOFs的催化、气体存储和气体选择性吸附与分离等性质奠定了基础。本文设计的是一条制备新的二苯甲醇类羧酸配体的合成路线，以间甲酚和对甲基苯甲酸为原料分别经过酰基化反应、甲基化反应、高锰酸钾氧化反应、硼氢化钠还原反应共四步反应得到柔性配体4-(4'-羧基苯基-羟甲基)-3-甲氧基苯甲酸(H₂L)，然后通过红外光谱、核磁共振氢谱进行了表征。最后，通过挥发法长单晶的过程得到配体的晶体学数据。

关键词： 金属有机骨架 柔性配体 合成 晶体结构

Abstract

Metal organic frameworks(MOFs) are constructed by metal ions and organic bridging ligands. Compared with the traditional nano-porous material, MOFs have many advantages. For example, through designing and modifying ligands, we can effectively adjust pore size, which is the foundation of properties of MOFs such as catalysis, gas storage and alternative adsorption and separation. In this thesis, we designed a synthesis route to prepare new substituted benzhydrol dicarboxylic acid ligand. m-cresol and p-toluic acid as starting material were used through acylation reaction, methylation reaction, KMnO₄ oxidation reaction and NaBH₄ reduction reaction. After the four reactions, we obtained the new flexible ligand 4-(4'-carboxyphenyl-hydroxymethyl)-3-methoxybenzoic acid(H₂L), which characterized by FT-IR and ¹H NMR. Finally, we got the crystallographic data of ligand by volatilization process.

Key Words: Metal organic frameworks(MOFs); flexible ligand; synthesis; crystal structure

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 金属有机骨架材料 1

1.1.1 MOFs的结构特点 1

1.1.2 芳香羧酸类配体构筑的MOFs材料 1

1.1.3 MOFs的合成 3

1.1.4 MOFs的应用 4

1.2 总结 5

第二章 4-(4'-羧基苯基-羟甲基)-3-甲氧基苯甲酸(H₂L)的合成 6

2.1 合成路线 6

2.2 实验 7

2.2.1 试剂和仪器 7

2.2.2 实验过程 7

2.3 结果与讨论 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 合成结果 14

3.2 红外光谱 (FT-IR) 14

3.2.1 4-(4'-甲基苯甲酰基)-3-羟基甲苯(I)的红外光谱 14

3.2.2 4-(4'-甲基苯甲酰基)-3-甲氧基甲苯(II)的红外光谱 15

3.2.3 4-(4'-羧基苯甲酰基)-3-甲氧基苯甲酸(III)的红外光谱 15

3.2.4 4-(4'-羧基苯基-羟甲基)-3-甲氧基苯甲酸(H₂L)的红外光谱 16

3.3 氢核磁共振谱 (¹H-NMR) 17

3.3.1 4-(4'-甲基苯甲酰基)-3-羟基甲苯(I)的¹H NMR 17

3.3.2 4-(4'-甲基苯甲酰基)-3-甲氧基甲苯(II)的¹H NMR 18

3.3.3 4-(4'-羧基苯甲酰基)-3-甲氧基苯甲酸(III)的¹H NMR 18

3.3.4 4-(4'-羧基苯基-羟甲基)-3-甲氧基苯甲酸(H₂L)的¹H NMR 19

3.4 配体H₂L的晶体学数据 19

3.4.1 配体H₂L的晶体结构 20

3.4.2 配体H₂L的氢键图 21

第四章 结论 22

参考文献 23

致 谢 27

第一章 文献综述

1.1 金属有机骨架材料

1.1.1 MOFs的结构特点

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一类新型的多孔固体材料，由单一的金属离子或金属簇和有机配体通过配位键和其他相互作用力(包括氢键、π-π堆积等)自组装构筑而成。通过设计新的有机配体、选择不同的金属离子、调变反应条件、引入辅配体等手段，大量具有新颖结构的MOFs材料已被合成报道^[1]。而且MOFs材料已经被公认为一类多功能材料，由于结构的多样性、高比表面积、可调控的孔道尺寸等优势，使其在气体吸附和分离^[2]、催化^[3]、磁性^[4]、荧光^[5]、质子导体^[6]等领域拥有良好的应用前景。

近年来，有关MOFs的文章数量不断增长，这与次级建筑块(SBUs)和有机配体种类的多样性选择密不可分^[7]。SBUs是指在网络结构中以金属离子为中心用结点来表示的一组原子簇。

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