一個混合配體構筑的三維超分子汞(II)配合物的合成和晶體結構

王利平,劉 瑋,李會娜

(鄭州工程技術學院 化學食品學院,鄭州 450044)

由于汞(Hg)及其化合物都屬于劇毒物質，其神經毒性、生殖毒性和胚胎發育毒性等非常強，[1-3]對人體和環境均有害，人們不希望它留在體內和身邊的環境中，但有時人們又不得不接觸和使用它，這引起了人們強烈的關注。為此，科研工作者開展了很多研究，以期降低汞(Hg)及其化合物的毒性。目前，對于Hg(II)配位化學的發展研究相較其他過渡金屬配合物而言要緩慢得多。[4-5]曾有文獻報道，將HgCl2與有機配體配位可以生成非常穩定的汞的配合物，能夠很好地遏制氯化汞等進入到生物循環系統之中。[6]另外，氨基多羧酸類配體可以作為一些有毒重金屬的排泄劑。[7-8]綜上所述，研究金屬離子Hg2+與氨基多羧酸類配體形成配合物的性質及結構，對于更好地研究遏制Hg的毒性會有一定的幫助。選用氨基多羧酸類化合物乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2edta)和1,1’-(1,4-丁基)-二-(1-H-苯并咪唑) (bbbm)作為配體，合成了一個新的Hg配合物 [Hg(H2edta)(bbbm)(H2O)]·2CH3OH，并對其晶體結構進行表征。單晶衍射結果表明，該配合物具有雙核結構。在氫鍵、π-π堆積和范德華力的共同作用下，連接相鄰的雙核結構單元形成了配合物的三維網狀結構。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

1,1′-(1,4-丁基)-二-(1-H-苯并咪唑) (bbbm)：參照文獻[9]制備；乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2edta)：中國醫藥(集團)上海化學試劑公司；其他常用試劑均為分析純，一般由商業渠道購買，沒有經過提純。

1.2 主要儀器

FLASH EA 1112型元素分析儀：美國熱電公司(Thermo Electron)；Bruker DPX 400超導核磁儀、BRUKER TENSOR 27型紅外光譜儀、Bruker Aper CCD衍射儀：德國Bruker公司。

1.3 測試方法

C、H、N元素分析用 FLASH EA 1112型元素分析儀測試；1 H NMR和13C NMR采用Bruker DPX 400超導核磁儀測定；紅外光譜用BRUKER TENSOR 27型紅外光譜儀測試；晶體結構用Bruker Aper CCD衍射儀測定, 在293(2)K下采用經石墨單色器單色化的Mo-Kα射線(λ = 0.71073?) 進行X-射線測量，收集各衍射數據。晶體結構解析使用SHELXS-97[10-11]程序通過直接法解得，所有數據經Lp因子校正。配合物的晶體學參數和一些鍵長、鍵角數據分別見表1和表2。

表1 配合物的重要晶體學參數

對稱性操作碼: #1 -x+1, -y, -z+2

1.4 配合物的合成

將0.05mmol的bbbm加入到3mL甲醇中，然后逐滴加入到0.05mmol，3mL的 HgCl2甲醇溶液中, 常溫下攪拌反應10min，再將0.05mmol，2mL的Na2H2edta水溶液逐滴加入到上述混合溶液中，繼續攪拌混勻10min，得到無色透明的混合液。室溫放置5天后，得到無色塊狀單晶，產率為59%，晶體在空氣中穩定。按C40H54Hg2N8O18(1336.09)計算的理論值為：C, 35.96; H, 4.07; N, 8.39%。元素分析測定值為：C, 35.84; H, 4.13; N, 8.43%。IR (KBr)/cm-1: 3424s, 2944w, 1628s, 1507s, 1456s, 1328s, 1295m, 915m, 746s。

2 結果與討論

2.1 配合物的雙核結構

X-射線衍射結果表明，配合物[Hg(H2edta)(bbbm)(H2O)]·2CH3OH為雙核結構，結構單元如圖1所示。配合物中兩個Hg(II)離子是等價的，都采取六配位模式。六個配位原子分別來自于一個bbbm配體的一個氮原子，以及一個H2edta配體的兩個氮原子和三個氧原子，其中Hg1-N1，Hg1-N3和Hg1-N4的鍵長分別為2.171(14)， 2.397(14) 和2.368(14)?；Hg1-O1，Hg1-O3和Hg1-O5的鍵長分別為2.584(16), 2.487(12)和2.540(12)?。眾所周知，Hg(II)離子屬于d10結構，具有較大的離子半徑，所以六配位的Hg(II)離子采取的是sp3d2雜化方式。其中，一個被配體bbbm中氮原子的孤對電子占據，另兩個被H2edta配體的兩個氮原子的孤對電子占據，還有三個被H2edta配體中三個氧原子的孤對電子占據。由于配位原子不同，在Hg(II)離子的周圍形成了一個扭曲的八面體幾何構型。配合物中的H2edta2-采取螯合配位模式，三個羧酸根中的一個氧與兩個氮原子分別螯合配位到Hg(II)離子上，形成了四個穩定的五元環，另外還有一個羧酸根沒有脫掉質子，處于沒配位狀態。配體bbbm分子為柔性配體，采取GTG構象，其C9A-C9-C8-N2的扭曲角是-66(3)°，分子中存在著一個反演中心，這導致兩個苯并咪唑環之間的二面角是0.0°，處于完全平行狀態，每個bbbm配體以橋聯方式連接兩個Hg(II)離子形成一個雙核結構。

圖1 配合物的晶體結構(氫原子和未配位的CH3OH被省略)

2.2 配合物的三維網狀超分子結構

仔細查看晶體數據，發現在配合物中還存在三種分子間氫鍵(如圖2所示)。有兩種是相鄰的雙核單元之間形成的O4…H—O8和O2…H—O5氫鍵，距離分別為2.45(2)和2.530(19)?，還有一種是雙核單元中的O6與未配位的CH3OH分子中的氧原子O9所形成的，距離為2.73(3)?。由于圖中省略了未配位的CH3OH分子，故沒有畫出。除了很強的氫鍵以外，相鄰的雙核單元的苯并咪唑環之間還存在著錯位面對面的π-π堆積作用(如圖2)，平均距離是3.5432?，該距離處于芳香環間面對面π-π堆積作用間距的范圍內(3.3～3.7?)。[12-14]相鄰的雙核[Hg(H2edta)(bbbm)(H2O)]·2CH3OH結構單元，在這些氫鍵、面對面π-π堆積和范德華力的共同作用下，形成了配合物的三維網狀超分子結構(如圖3所示)。

圖2 配合物中的氫鍵和π-π相互作用力圖(氫原子和未配位的CH3OH被省略)

圖3 配合物的三維網狀超分子結構圖(氫原子和未配位的CH3OH被省略)

3 結論

以乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2edta)和1,1′-(1,4-丁基)-二-(1-H-苯并咪唑) (bbbm)為混合配體，合成了一個含汞配合物[Hg(H2edta)(bbbm)(H2O)]·2CH3OH，并使用X-射線單晶衍射儀測試其單晶結構。結果顯示其具有雙核結構。在氫鍵、π-π堆積和范德華力的共同影響下，配合物的雙核結構單元形成了一個三維網狀結構。