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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:余蕙甄
研究生(外文):Hui-Chen Yu
論文名稱:利用丙二酸衍生物與含雙吡啶配位子之過渡金屬配位聚合物之結構與磁性性質
論文名稱(外文):Synthesized of transition metal coordination polymers by using malonic acid derivatives and bipyridinely ligands:structural and magnetical characterizations
指導教授:楊振宜
指導教授(外文):Chen-I Yang
口試委員:呂光烈劉彥祥賴榮豊
口試委員(外文):Kuang-Lieh LuYen-Hsiang LiuLong-Li Lai
口試日期:2013-05-24
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:190
中文關鍵詞:磁性
外文關鍵詞:Magnetism
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本論文探討Mn(II)、Co(II)、Ni(II) 這三種過渡金屬,分別與丙二酸衍生物:二甲基丙二酸 (H2-Me2mal) 及二乙基丙二酸 (H2-Et2mal),搭配4,4′-聯吡啶 (bpy) 和1,2-二(4-吡啶基)乙烯 (dpe) 用水浴合成法及水熱合成法製備出{[Mn(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (1)、{[Co(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (2)、{[Ni(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (3)、{[Mn(H-Et2mal)2(bpy)(H2O)2]}n (4)、{[Co2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (5)、{[Ni2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (6)、{[Co(Me2mal)(dpe)0.5(H2O)]}n (7)及{[Co2(Me2mal)2(dpe)]}n (8)八個配位聚合物,探討其固態結構與磁性之關係。
化合物 (1)-(3) 為三維結構,除中心金屬不同之外,晶體結構與羧酸配位子 (Me2mal) 連接模式皆一致。化合物 (1)-(3) 的磁性分析發現在相同電子傳導路徑下,對於擁有不同自旋數的中心金屬,所形成之相異磁行為,當自旋數越高的時候,越傾向反鐵磁性行為。
化合物 (4)-(6) 為三維結構,除了化合物 (4) 的配位環境不同外,化合物 (5) 與 (6) 的晶體結構與羧酸配位子 (Et2mal) 連接模式一致。化合物 (5) 與(6) 的磁性分析發現在相同電子傳導路徑下,對於擁有不同自旋數的中心金屬,會發生不一樣的磁性行為。化合物 (5) 與 (6) 其結果也如同化合物 (2) 與 (3),當自旋數越高的時候,越傾向反鐵磁性行為。
其丙二酸衍生物在化合物 (1)-(6) 裡,磁性的電子傳遞路徑皆為syn-anti的連接模式,取代基的不同明顯地影響整體結構的呈現,從化合物 (1)-(3) 為2維的syn-anti連接模式到化合物 (5)-(6) 的1維syn-anti連接模式。
化合物 (7) 與(8) 在不同溫度下合成,化合物 (7) 之固態結構可在水熱條件下,進行晶體重組 (crystal reassembly) 形成化合物 (8a),當結構改變時,電子傳導路徑由原來syn-anti變成由兩個羧酸配位子 (Me2mal) 以syn-syn的方式連接,當Co與Co距離變近時,在低溫下會展現鐵磁性行為。

This research is focus on the synthesis of transition metal coordination polymers (Mn, Co, Ni) based on the malonic acid derivatives Dimethylmalonic acid (H2-Me2mal), and Diethylmalonic acid (H2-Et2mal), and 4,4′-Bipyridine (bpy) and 1,2-Di(4-pyridyl)ethylene (dpe). The compounds {[Mn(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (1), {[Co(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (2), {[Ni(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (3), {[Mn(H-Et2mal)2(bpy)(H2O)2]}n (4), {[Co2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (5), {[Ni2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (6), {[Co(Me2mal)(dpe)0.5(H2O)]}n (7), and {[Co2(Me2mal)2(dpe)]}n (8), have been synthesized from the waterbath and hydrothermal methods. The crystal structures and magnetic properties have been studied.
Compounds (1)-(3) show 3D structure, and are isostructure, in which metal ions linked through 2D syn-anti carboxylate bridges. Magnetic analysis show that synanti bridging carboxylate mediate antiferromagnetic interaction within compounds (1)-(2), in contrast, mediate ferromagnetic interaction in compound (3).

Compounds (5) and (6) show 3D structure, and are isostructure, in which metal ions linked through 1D syn-anti carboxylate bridges. Magnetic analysis show that syn-anti bridging carboxylate mediate antiferromagnetic interaction within compounds (5), in contrast, mediate ferromagnetic interaction in compound (6).
In compound (1)-(6), malonic acid derivatives are same syn-anti bridging mode to mediate magnetic behaviors, compound structures are different by substituent effect. In compound (1)-(3) are 2D syn-anti briding mode, compound (5)-(6) are 1D syn-anti briding mode.
Compounds (7) and (8) are synthesized in different temperatures, while compound (8a) can be obtained by the heating of compound (7) through crystal reassembly.
Compound (1)-(8) are all structurally characterized by single crystal Xray diffraction, and the magnetic properties.

摘要------------------------------------------------------ I
ABSTRACT---------------------------------------------- III
致謝----------------------------------------------------- V
圖目錄-------------------------------------------------- XII
表目錄------------------------------------------------- XIX
第一章 緒論-----------------------------------------------1
1-1 前言------------------------------------------1
1-2 自組裝合成法 (Self-assembly method)14------------ 3
1-3 超分子化學 (Supramolecular Chemistry)15,16--------- 4
1-3-1 π-π堆疊 (π-π stacking interaction)----------- 4
1-3-2 氫鍵 (Hydrogen Bonding, 4-120 kJ mol-1)-----5
1-4 磁性 (Magnetism)------------------------------ 6
第二章 實驗設計概念與實驗儀器藥品------------------------10
2-1 實驗設計概念---------------------------------10
2-2 實驗儀器藥品---------------------------------14
2-2-1 儀器-----------------------------------14
2-2-2 藥品-----------------------------------16
第三章 {[M(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (M = Mn, Co, Ni) 合成與討論--------------------------------------------------17
3-1 化合物{[Mn(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (1)----------17
3-1-1 合成----------------------------------17
3-1-2 單晶X-ray繞射結構分析---------------- 18
3-1-3 結構描述------------------------------22
3-1-4 熱重分析------------------------------26
3-1-5 粉末繞射------------------------------27
3-1-6 磁性測量------------------------------28
3-2 化合物{[Co(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (2)---------- 34
3-2-1 合成----------------------------------34
3-2-2 單晶X-ray繞射結構分析---------------- 35
3-2-3 結構描述------------------------------39
3-2-4 熱重分析------------------------------43
3-2-5 粉末繞射------------------------------44
3-2-6 磁性測量------------------------------45
3-3 化合物{[Ni(Me2mal)(bpy)0.5(H2O)]}n (3)-----------49
3-3-1 合成----------------------------------49
3-3-2 單晶X-ray繞射結構分析---------------- 50
3-3-3 結構描述------------------------------54
3-3-4 熱重分析------------------------------58
3-3-5 粉末繞射------------------------------59
3-3-6 磁性測量------------------------------60
3-4 結論----------------------------------------65
第四章 {[Mn(H-Et2mal)2(bpy)(H2O)2]}n 及{[M2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (M = Co, Ni) 合成與討論--------------------------------------------66
4-1 化合物{[Mn(H-Et2mal)2(bpy)(H2O)2]}n (4)---------- 66
4-1-1 合成------------------------------------66
4-1-2 單晶X-ray繞射結構分析------------------ 67
4-1-3 結構描述--------------------------------71
4-1-4熱重分析-------------------------------- 77
4-2 化合物{[Co2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (5)-78
4-2-1 合成------------------------------------78
4-2-2 單晶X-ray繞射結構分析------------------ 79
4-2-3 結構描述--------------------------------85
4-2-4 熱重分析--------------------------------90
4-2-5 粉末繞射--------------------------------91
4-2-6 磁性測量--------------------------------92
4-3 化合物{[Ni2(Et2mal)2(bpy)2(H2O)2]•2H2O•2DMF}n (6)- 96
4-3-1 合成------------------------------------96
4-3-2 單晶X-ray繞射結構分析------------------ 97
4-3-3 結構描述-------------------------------102
4-3-4 熱重分析-------------------------------107
4-3-5 粉末繞射-------------------------------108
4-3-6 磁性測量-------------------------------109
4-4 結論-----------------------------------------115
第五章 {[Co(Me2mal)(dpe)0.5(H2O)]}n 及{[Co2(Me2mal)2(dpe)]}n合成與晶體重組討論-----------------------------------116
5-1 化合物{[Co(Me2mal)(dpe)0.5(H2O)]}n (7)----------- 116
5-1-1 合成-----------------------------------116
5-1-2 單晶Xray繞射結構分析----------------- 117
5-1-3 結構描述-------------------------------121
5-1-4 熱重分析-------------------------------124
5-1-5 粉末繞射-------------------------------125
5-1-6 磁性測量-------------------------------126
5-2 化合物{[Co2(Me2mal)2(dpe)]}n (8)-----------------130
5-2-1 合成-----------------------------------130
5-2-2 單晶X-ray繞射結構分析----------------- 133
5-2-3 結構描述-------------------------------137
5-2-4 熱重分析-------------------------------140
5-2-5 粉末繞射-------------------------------141
5-2-6 磁性測量-------------------------------142
5-3 結論-----------------------------------------146
第六章 總結---------------------------------------------147
參考文獻------------------------------------------------149
附錄----------------------------------------------------153

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