La Síntesis de [Sn

El objetivo general de la técnica de cocondensación preparativa consiste en obtener nuevos reactivos basados en moléculas inaccesibles mediante procedimientos sintéticos clásicos, lo que abre la puerta a nuevos campos en química. La principal ventaja de este método es que se obtienen reactivos altamente reactivos y las reacciones subsiguientes pueden realizarse a baja temperatura, lo cual es importante para la síntesis de agregados metáloidos metastables. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la nanotecnología, ya que podrían establecerse relaciones entre estructura y propiedades a partir de compuestos de agregados metáloidos bien caracterizados estructuralmente.

Aunque la disolución metaestable de estaño-haluro permite obtener agregados a escala nanométrica, también podría utilizarse en química de coordinación o aductos, o en la síntesis de materiales novedosos. La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos del montaje son difíciles de aprender debido a la alta complejidad del aparato de cocondensación. En primer lugar, llene cinco cámaras de reacción con seis gramos de estaño elemental.

Coloque las cámaras de reacción una encima de la otra sobre un anillo terminal, girando cada una 30 grados, y fije el conjunto con una varilla de grafito de 0,7 milímetros. Introduzca el conjunto en un tubo de grafito hueco, de modo que los orificios del anillo terminal coincidan con los orificios del tubo de grafito. Fije el montaje con una segunda varilla de grafito de 0,7 milímetros.

Luego, pese todo el conjunto con una balanza y anote el valor para determinar la cantidad de estaño consumida durante la reacción. A continuación, coloque el reactor de grafito dentro de la bobina de cobre del inductor de un aparato de co-condensación, y pase el tubo del cordón a través del orificio central de la lámina de cobre superior, colocada encima de la bobina de inducción. Fije el tubo del cordón a una tubería de suministro de cloruro de hidrógeno mediante una junta y una tuerca de tornillo.

Verifique la posición del reactor dentro de la bobina, asegurándose de que el reactor sobresalga de la bobina en cinco, más o menos 0,5, milímetros. Conecte el blindaje de enfriamiento a los pasadores de agua del conector mediante tuercas de tornillo. Después de fijar el blindaje de enfriamiento en el otro lado con un tornillo, pruebe la estanqueidad del circuito de enfriamiento abriendo el agua corriente durante 30 segundos.

A continuación, fije las fibras ópticas de un pirómetro al soporte en el blindaje de cobre con un tornillo. Fije el difusor de vapor de disolvente con una tuerca, y asegúrese de que esté centrado bajo la cavidad del blindaje de cobre. Vuelva a verificar que el reactor de grafito siga estando en el centro de la bobina de inducción y que no haya contacto entre la bobina y la lámina superior de cobre.

Conecte un tubo de acero con una válvula al difusor de vapor. Ahora, monte el recipiente Schlenk para evaporación de disolvente en la válvula. Conecte un matraz con una mezcla de disolventes previamente preparada al recipiente Schlenk.

Luego, agregue una manta calefactora hemisférica al recipiente Schlenk de evaporación. Conecte una cánula de acero larga al aparato mediante una tuerca roscada y cierre la cola exterior con un pequeño matraz de fondo redondo. Después de colocar una barra magnética de agitación de 10 centímetros dentro de un recipiente de acero inoxidable, coloque una junta en la cavidad de la brida plana y conecte el recipiente al aparato de co-condensación.

A continuación, conecte el recipiente de vidrio que contiene cloruro de hidrógeno a un tubo pequeño de acero y luego a un adaptador de cuatro puntos. Cierre la salida trasera del adaptador de cuatro puntos con una brida ciega. Luego, conecte un manómetro de presión diferencial a la salida frontal y coloque una válvula en la salida superior.

Ahora, conecte una válvula de aguja fina a la válvula en la salida superior del adaptador de cuatro puntos. Luego, utilice un tubo de acero largo para conectar la parte de suministro de gas al aparato de co-condensación. Después del montaje completo, evacúe el aparato de co-condensación durante la noche hasta una presión final de aproximadamente 10 a la menos cinco milibares.

Al día siguiente, llene la trampa de enfriamiento de una bomba de difusión de aceite con cuatro litros de nitrógeno líquido. Encienda el ciclo de agua de enfriamiento de un generador de alta frecuencia y abra el agua corriente. Después de encender el generador, caliente lentamente el reactor de grafito aumentando la potencia de salida en pasos incrementales de 0,1 a 0,5 kilovatios hasta que la temperatura de reacción sea de aproximadamente 1300 grados Celsius.

Tras el horneado, ajuste el valor del generador a 1,0 kilovatio para enfriar el reactor. Después de llenar un dewar de acero con 30 litros de nitrógeno líquido, levántelo con una plataforma elevadora de manera que el recipiente de reacción quede colocado dentro del dewar. A continuación, agregue más nitrógeno líquido al dewar para alcanzar el nivel final de nitrógeno líquido.

Encienda la manta calefactora hemisférica al nivel más bajo para mantener la evaporación. En este punto, evapore el disolvente gota a gota. Ajuste la velocidad de goteo de forma que todo el disolvente se consuma durante la reacción.

Cierre la aguja fina y la válvula de gas, luego abra el recipiente de vidrio que contiene cloruro de hidrógeno. Si el voltaje mostrado en el manómetro de presión diferencial no es superior a 1600 milivoltios, aplique baja presión en la segunda conexión del manómetro conectando un recipiente evacuado a la conexión externa del manómetro. Registre el valor inicial mostrado.

A continuación, caliente el reactor de grafito hasta 1300 grados Celsius ajustando el valor del generador a 3,6 kilovatios. Después de abrir la válvula de gas, abra lentamente la válvula de aguja fina para introducir el gas de cloruro de hidrógeno a una velocidad constante de ocho milivoltios por minuto. Verifique la velocidad al menos cada 10 minutos y registre los valores medidos.

Agregue dos litros de nitrógeno líquido al recipiente, aproximadamente cada 10 minutos, de modo que el nivel de nitrógeno líquido siempre se mantenga en el tercio superior del recipiente de acero inoxidable. Una vez que el valor del manómetro diferencial disminuya en 1600 milivoltios, cierre la válvula de gas. Luego, introduzca el gas de cloruro de hidrógeno restante que se encuentra en la parte de suministro de gas abriendo lentamente la válvula de aguja fina y apague el generador de alta frecuencia.

Desconecte la bomba de difusión de aceite cerrando la válvula principal, y purgue el aparato con nitrógeno seco hasta alcanzar una presión de aproximadamente una atmósfera. Sustituya el dewar de acero lleno de nitrógeno líquido por un recipiente aislado colocado sobre un agitador magnético. A continuación, agregue alrededor de cinco kilogramos de dióxido de carbono sólido en polvo fino al recipiente y encienda el agitador magnético.

Después de permitir que la solución se agite durante al menos 45 minutos, reemplace el matraz redondo en la cánula de presión por un tubo Schlenk de doble válvula, manteniendo aún el enfriamiento con hielo seco bajo un flujo constante de nitrógeno. Ajuste la altura de la cánula de presión para que toque el fondo del recipiente de acero inoxidable. A continuación, expulse la solución de cloruro de estaño mediante una ligera sobrepresión, abriendo las válvulas del tubo Schlenk de doble válvula.

Para determinar la calidad de la solución, realice una titulación de haluros disolviendo dos mililitros de la solución en 50 mililitros de ácido nítrico diluido. Luego, agregue un mililitro de peróxido de hidrógeno al 30 por ciento a la mezcla. Después de agitar durante 10 minutos, realice una titulación potenciométrica de nitrato de plata frente al electrodo de calomelanos.

A continuación, pese el tubo de grafito para determinar la cantidad de estaño consumido, que debe estar entre 4 y 4,8 gramos. Mediante una cánula de acero o Teflon, añada 20 mililitros de la disolución de cloruro de estaño 0,2 molar a un recipiente Schlenk enfriado, que contenga dos gramos de la fuente de ligando. Encienda el agitador magnético, permita que la reacción se agite y caliente lentamente hasta la temperatura ambiente dentro de tres horas.

Una vez que la reacción haya finalizado, detenga el agitador magnético y deje que todo el precipitado insoluble dentro del tubo Schlenk se sedimente. Luego, filtre la solución de color marrón oscuro hacia otro recipiente Schlenk. Finalmente, añada 0,2 mililitros de TMEDA a la mezcla y déjela reposar durante la noche para formar cristales negros.

Tras el aislamiento, identifique los cristales mediante resonancia magnética nuclear de protones (RMN de ¹H). Aquí se muestra el principio de la técnica de aislamiento con matriz, en conjugación con la técnica preparativa de cocondensación. Se presenta un esquema del montaje del aparato para la cocondensación.

Aquí se muestra la ruta sintética hacia el compuesto de cúmulo metaloide uno, aplicando la reacción de desproporción del cloruro de estaño subvalente metaestable. Se presentan aquí los espectros de resonancia magnética nuclear de protón, carbono y silicio de los cristales del cúmulo metaloide de estaño 10. La estructura molecular del compuesto uno, determinada mediante análisis cristalográfico de rayos X, se muestra aquí.

Una vez dominada, la cocondensación puede realizarse en un período de dos días, si se lleva a cabo correctamente. La síntesis del cúmulo metaloide de estaño de 10 átomos requiere otra semana para la cristalización del producto. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que las condiciones durante la reacción de cocondensación deben mantenerse constantes para obtener una solución metaestable adecuada que pueda utilizarse en la síntesis de cúmulos metallocidos.

Tras seguir este procedimiento, se pueden realizar reacciones posteriores con el cúmulo de 10 átomos de metaloide estaño con el fin de responder preguntas adicionales, como la reactividad química de los cúmulos de estaño metaloide. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para investigaciones en el campo de la nanotecnología, permitiendo explorar las propiedades de compuestos definidos de cúmulos metaloides a escala nanométrica. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo se lleva a cabo la co-condensación preparativa, lo que conduce a reactivos novedosos basados en moléculas inaccesibles mediante procedimientos sintéticos clásicos, abriendo así la puerta a nuevos campos en química.

No olvide que trabajar con un aparato de cocondensación y con la solución altamente reactiva de subhaluro metastable puede ser extremadamente peligroso, y se debe usar equipo de protección personal como gafas de seguridad, guantes y campana extractora mientras se realizan las reacciones.