Synthesis， Characterization and Catalytic Property of the Cu（II） Complex Based on Benzene Sulfonic Acid Ligand

doi:10.7503/cjcu20240297

Abstract

Abstract:

Cu（Im）₄（p-CH₃C₆H₄SO₃）₂ was prepared by solvent thermal synthesis using copper nitrate trihydrate， sodium p-methylbenzenesulfonate（p-CH₃C₆H₄SO₃Na） and imidazole（Im） as raw materials. It was characterized by means of single crystal X-ray diffraction， infrared spectroscopy， thermogravimetric analysis， nitrogen adsorption/ desorption analysis and powder X-ray diffraction. By single crystal X-ray diffraction analysis， it could be seen that the center Cu²⁺ of the complex was coordinated with O atoms in two p-methylbenzenesulfonate anions and N atoms in four imidazoles to form a three-dimensional network structure by intermolecular hydrogen bonding force. The Knoevenagel condensation reaction was used as a probe to investigate the catalytic activity of the complex. The results showed that the complex exhibited acid-base synergistic catalysis in the Knoevenagel condensation reaction. The reaction time was short， the products yields were high， and the catalyst could be reused many times. Finally， the activity sites and reaction sites of Cu（Im）₄（p-CH₃C₆H₄SO₃）₂， benzaldehyde and malononitrile were predicted by density functional theory（DFT） and verified by X-ray photoelectron spectroscopy， and the possible catalytic mechanism was deduced.

Key words: Benzenesulfonic acid complex, Knoevenagel condensation reaction, Acid-base synergistic catalysis, Density functional theory, Catalytic mechanism

CLC Number:

O614.1

TrendMD:

WANG Xin, QI Jinyang, YANG Ruijie, SONG Zhiguo, WANG Min. Synthesis， Characterization and Catalytic Property of the Cu（II） Complex Based on Benzene Sulfonic Acid Ligand[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(10): 20240297.

Figures/Tables 12

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Formula	C₂₆H₃₀CuN₈O₆S₂	β/（°）	95.787（2）
Formula weight	678.24	γ/（°）	90
Crystal system	Monoclinic	V/nm³	3.0799（5）
Space group	P2₁/n	Z	4
a/nm	1.28841（12）	D_c/（Mg·m^-3）	1.463
b/nm	1.49801（15）	Goodness⁃of⁃fit F²	1.122
c/nm	1.60396（16）	R₁， ωR₂	0.0380， 0.0947
α/（°）	90	R₁， ωR₂（all data）	0.0503， 0.1075

Formula	C₂₆H₃₀CuN₈O₆S₂	β/（°）	95.787（2）
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Space group	P2₁/n	Z	4
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Bond	Bond length/nm	Bond	Bond angle/（°）
Cu（1）—N（1）	0.20131（17）	N（1）—Cu（1）—N（5）	177.47（7）°
Cu（1）—N（3）	0.19966（15）	N（3）—Cu（1）—N（7）	177.48（7）°
Cu（1）—N（5）	0.20396（17）	O（1）—Cu（1）—O（4）	167.36（5）°
Cu（1）—N（7）	0.19953（16）	N（1）—Cu（1）—N（3）	92.06（7）°
Cu（1）—O（1）	0.27392（17）	N（1）—Cu（1）—O（1）	86.18（6）°
Cu（1）—O（4）	0.26029（17）	N（1）—Cu（1）—O（4）	81.87（6）°
S（1）—O（1）	0.14557（17）	N（3）—Cu（1）—N（5）	88.25（6）°
S（1）—O（2）	0.14553（16）	N（7）—Cu（1）—N（5）	89.85（7）°
S（1）—O（3）	0.14602（15）	N（7）—Cu（1）—N（1）	89.91（7）°

Bond	Bond length/nm	Bond	Bond angle/（°）
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S（1）—O（3）	0.14602（15）	N（7）—Cu（1）—N（1）	89.91（7）°

D—H···A	d（D—H）/nm	d（H…A）/nm	d（D…A）/nm	∠DHA/（°）
N（2）—H（2）···O（3）#3	0.086	0.196	0.2806（2）	166.9
N（4）—H（4）···O（6）#1	0.086	0.195	0.2795（2）	168.4
N（6）—H（6）···O（5）#4	0.086	0.189	0.2740（3）	171.8
N（8）—H（8）···O（2）#2	0.086	0.196	0.2822（2）	175.9