基于Lewis酸-碱作用合成“看得见”的B←N键配位化合物在实验教学中的设计与探索

doi:10.3866/PKU.DXHX202210016

摘要/Abstract

摘要：

以缺电子硼(B)以及可以给出电子对的氮(N)为设计出发点，基于聚集诱导发光(AIE)原理选择B与N的有机载体，采用环保、节约、方便的“一锅法”，合成化合物晶体，表征结构，通过配体的变化调节化合物光学性质“有无”“颜色”“强弱”变化，体会结构决定性质的思想，真正感受到“看得见，摸得着”的化学理论。

关键词: 路易斯酸碱理论, 聚集诱导发光(AIE)原理, 榫卯结构, 硼(B), 氮(N)

Abstract:

In this experiment, the electron-deficient boron and the electron-donating nitrogen were used as the starting points of the rational design. Furthermore, organic carriers of B and N were selected based on the principle of aggregation-induced emission (AIE). An environmentally friendly, economic and convenient "one-pot" synthesis method was employed to obtain crystal compounds, and the structures of these compounds were characterized. The optical properties of compounds, including "presence or absence", "color", and "strength", were regulated by changing ligands. Students will understand the idea that the structure determines properties and will experience the visible and tangible chemical theories.

Key words: Lewis acid-base theory, Aggregation-induced emission, Tenon and mortise structure, Boron, Nitrogen

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刘亚茹, 贾玉娆, 徐兰, 张盛, 姚霖斌. 基于Lewis酸-碱作用合成“看得见”的B←N键配位化合物在实验教学中的设计与探索[J]. 大学化学, 2023, 38(4): 300-310.

Yaru Liu, Yurao Jia, Lan Xu, Sheng Zhang, Linbin Yao. Designing and Exploring "Visible" B←N Bond Coordination Compounds Based on Lewis Acid-Base Interaction in Laboratory Teaching[J]. University Chemistry, 2023, 38(4): 300-310.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202210016

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2023/V38/I4/300

图/表 16

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参考文献 9

1	吴国庆无机化学(上册), 第4版北京: 高等教育出版社, 2002.
2	邢其毅, 裴伟伟, 徐瑞秋, 裴坚基础有机化学(上册), 第3版北京: 高等教育出版社, 2005.
3	贾之慎无机及分析化学, 北京: 高等教育出版社, 2008, 99- 100.
4	Lewis, G. N. Valence and the Structure of Atoms and Molecules; Chemical Catalogue Company: New York, NY, USA, 1923.
5	李孙霞. 榫卯结构在现代实木家具中的应用研究[硕士学位论文]. 杭州: 中国美术学院, 2013.
6	Hong, Y.; Lam, J. W. Y.; Tang, B. Z Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5361. doi: 10.1039/c1cs15113d
7	Hong, Y.; Lam, J. W. Y.; Tang, B. Z Chem. Commun. 2009, 29, 4332.
8	Xie, Y. J.; Li, Z Natl. Sci. Rev. 2021, 8, nwaa199. doi: 10.1093/nsr/nwaa199
9	Dang, D. F.; Qiu, Z. J.; Han, T.; Liu, Y.; Chen, M.; Kwok, R. T. K.; Lam, J. W. Y.; Tang B. Z Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1707210. doi: 10.1002/adfm.201707210

问卷题目	选项
问卷题目	A	B	C	D
1. 你了解酸碱理论吗？	非常	比较	一般	不了解
2. 你了解路易斯酸碱理论吗？	非常	比较	一般	不了解
3. 你能区分酸碱电离理论、酸碱溶剂理论、酸碱质子理论以及酸碱电子理论？	非常	比较	一般	不能
4. 你对路易斯酸碱理论的应用领域了解吗？	非常	比较	一般	不了解
5. 你觉得路易斯酸碱理论重要吗？	非常	比较	一般	不重要
6. 你对空轨道、电子对概念了解吗？	非常	比较	一般	不了解
7. 你对设计实验并验证基础理论感不感兴趣？	非常	比较	一般	不感兴趣
8. 你对亲电、亲核概念了解吗？	非常	比较	一般	不了解
9. 你对“榫卯结构”了解吗？	非常	比较	一般	不了解
10. 你觉得基础知识重要吗？	非常	比较	一般	不重要
11. 你对“文化自信”了解吗？	非常	比较	一般	不了解
12. 你在化学知识学习中了解或者体会到民族自豪感吗？	非常	比较	一般	没有
13. 你对“绿水青山就是金山银山”“绿色发展和绿色生活”这些保护生态的理念了解吗？	非常	比较	一般	不了解
14. 你对理论联系实际的方法了解吗？	非常	比较	一般	没有

题号	选A人数	选A比例	选B人数	选B比例	选C人数	选C比例	选D人数	选D比例
1	256	60.95%	95	22.62%	43	10.24%	26	6.19%
2	167	39.76%	166	39.52%	61	14.52%	26	6.19%
3	233	55.48%	128	30.48%	64	15.24%	12	2.86%
4	302	71.90%	50	11.90%	10	2.38%	58	13.81%
5	200	47.62%	156	37.14%	44	10.48%	20	4.76%
6	218	51.90%	136	32.38%	34	8.10%	32	7.62%
7	240	57.14%	100	23.81%	80	19.05%	0	0.00%
8	288	68.57%	64	15.24%	52	12.38%	16	3.81%
9	142	33.81%	204	48.57%	68	16.19%	39	9.29%
10	257	61.19%	84	20.00%	25	5.95%	54	12.86%
11	203	48.33%	144	34.26%	24	5.71%	49	11.67%
12	40	9.52%	20	4.76%	360	85.71%	0	0.00%
13	136	32.38%	210	50.00%	44	10.48%	30	7.14%
14	160	38.10%	180	42.86%	60	14.28%	20	4.76%

试剂名称	纯度/%	制造商	CAS	规格/g	价格/元	保存方法
4, 4’-联吡啶(L_N1)	98.9	上海萨恩化学技术有限公司	553-26-4	25	60	普通
1, 2-双(4-吡啶)乙烷(L_N2)	98.9	吉林省研伸科技有限公司	4916-57-8	5	382.5	普通
1, 4-二(对吡啶基)苯(L_N3)	97.9	吉林省研伸科技有限公司	113682-56-7	5	325	普通
1, 4-二吡啶-2, 5-二甲氧基苯(L_N4)	98.9	吉林省研伸科技有限公司	1415393-43-9	5	360	普通
4, 4’-二(4-吡啶基)联苯(L_N5)	98.9	吉林省研伸科技有限公司	319430-87-0	5	300	普通
9, 10-二(4-吡啶基)蒽(L_N6)	98.9	吉林省研伸科技有限公司	194861-72-8	5	300	普通
9, 10-二-β-(4-吡啶基)乙烯基蒽(L_N7)	98.9	吉林省研伸科技有限公司	113308-38-6	5	300	普通
1, 3, 5-三(4-吡啶基)苯(L_N8)	99.9	吉林省研伸科技有限公司	170165-84-1	5	384	普通
4-(2, 4, 5-三吡啶-4-基苯基)吡啶(L_N9)	97.9	吉林省研伸科技有限公司	170165-81-8	5	300	普通
四苯基硼酸钠(L_B)	99.9	上海萨恩化学技术有限公司	143-66-8	25	70	普通
三氟甲烷磺酸镝(M)	99.9	上海萨恩化学技术有限公司	139177-62-1	25	488	普通

仪器名称	型号	制造商
珀金埃尔默荧光分光光度计	FL8500	珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司
X射线衍射仪	DMAXU1TIMAIV	日本理学
单晶X衍射仪	Bruker Smart Apex Ⅱ CCD型	德国布鲁克公司
电热鼓风干燥箱	DHG-9070A	上海一恒科学仪器有限公司
电子天平	ME104E/02	METTLER TOLEDO(中国梅特勒-托利多仪器有限公司)
显微镜	XTS20	华威科创科技有限公司
手提紫外检测灯	ZF-7A	上海宝山顾村电光仪器厂

化合物	L_N	晶型及颜色	产率	化合物	L_N	晶型及颜色	产率
1	L_N1	淡黄色长方形块状晶体	49%	6	L_N6	黄色块状晶体	91%
2	L_N2	无色长条块状晶体	56%	7	L_N7	橙色长条块状晶体	93%
3	L_N3	淡黄色块状晶体	83%	8	L_N8	无色块状晶体	47%
4	L_N4	黄色块状晶体	85%	9	L_N9	无色块状晶体	39%
5	L_N5	淡黄色长条块状晶体	87%