Synthèse de la [Sn

L'objectif général de la technique préparative de co-condensation est d'accéder à de nouveaux réactifs fondés sur des molécules inaccessibles par des procédés synthétiques classiques, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux domaines en chimie. Le principal avantage de cette méthode réside dans l'obtention de réactifs hautement réactifs, permettant d'effectuer des réactions ultérieures à basse température, ce qui est crucial pour la synthèse d'agrégats métalloïdes métastables. Cette méthode peut contribuer à répondre à des questions clés dans le domaine de la nanotechnologie, car des relations structure-propriété pourraient être établies à partir de composés d'agrégats métalloïdes bien caractérisés sur le plan structural.

Bien que la solution métastable d'étain-halogénure permette d'accéder à des agrégats à l'échelle nanométrique, elle pourrait également être utilisée en chimie de coordination ou d'adduits, ou pour la synthèse de nouveaux matériaux. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car les étapes de montage sont difficiles à apprendre en raison de la grande complexité de l'appareil de co-condensation. Remplissez d'abord cinq chambres de réaction avec six grammes d'étain élémentaire.

Empilez les chambres de réaction sur un anneau terminal, en tournant chacune d'un angle de 30 degrés, et fixez l'empilement à l'aide d'une tige en graphite de 0,7 millimètre. Insérez l'empilement dans un tube en graphite creux, de sorte que les trous de l'anneau terminal s'alignent avec les trous du tube en graphite. Fixez l'ensemble à l'aide d'une seconde tige en graphite de 0,7 millimètre.

Ensuite, peser l'ensemble à l'aide d'une balance et noter la valeur afin de déterminer la quantité d'étain consommée pendant la réaction. Puis, placer le réacteur en graphite à l'intérieur de la bobine d'induction en cuivre d'un appareil de co-condensation, et faire passer le tube du cordon par le trou central de la plaque de cuivre supérieure, placée au-dessus de la bobine d'induction. Fixer le tube du cordon à une conduite d'approvisionnement en chlorure d'hydrogène à l'aide d'un joint et d'un écrou vissé.

Vérifiez la position du réacteur à l'intérieur de la bobine afin de vous assurer que le réacteur dépasse de la bobine de cinq millimètres, plus ou moins 0,5 millimètre. Connectez le bouclier de refroidissement aux broches d'eau du connecteur à l'aide d'écrous vissés. Après avoir fixé le bouclier de refroidissement de l'autre côté avec une vis, testez l'étanchéité du circuit de refroidissement en ouvrant l'eau courante pendant 30 secondes.

Ensuite, fixez les fibres optiques d'un pyromètre sur le support au niveau du bouclier en cuivre à l'aide d'une vis. Fixez le diffuseur de vapeur de solvant à l'aide d'un écrou, et assurez-vous qu'il soit bien centré sous la cavité du bouclier en cuivre. Vérifiez à nouveau que le réacteur en graphite se trouve toujours au centre de la bobine d'induction et qu'il n'y ait aucun contact entre la bobine et la plaque supérieure en cuivre.

Reliez un tube en acier muni d'un robinet au diffuseur de vapeur. Montez ensuite le récipient Schlenk destiné à l'évaporation du solvant sur le robinet. Fixez un flacon contenant un mélange de solvants préparé au préalable au récipient Schlenk.

Ensuite, ajoutez un chauffe-ballon hémisphérique au récipient Schlenk d'évaporation. Reliez une canule en acier longue à l'appareil à l'aide d'un écrou vissé, et fermez l'extrémité externe avec un petit ballon à fond rond. Après avoir placé un agitateur magnétique de 10 centimètres à l'intérieur d'un récipient en acier inoxydable, insérez un joint dans la cavité de la bride plane, puis reliez le récipient à l'appareil de co-condensation.

Ensuite, reliez le récipient en verre contenant le chlorure d'hydrogène à un petit tube en acier, puis à un adaptateur à quatre voies. Fermez la sortie arrière de l'adaptateur à quatre voies avec une plaque aveugle. Ensuite, connectez un manomètre différentiel à la sortie avant et installez une vanne à la sortie supérieure.

Connectez maintenant un robinet à aiguille à la vanne située à la sortie supérieure de l'adaptateur à quatre points. Ensuite, reliez la partie d'alimentation en gaz à l'appareil de co-condensation à l'aide d'un long tube en acier. Une fois l'assemblage terminé, faites le vide dans l'appareil de co-condensation pendant toute une nuit, jusqu'à une pression finale d'environ 10 à la puissance moins cinq millibars.

Le lendemain, remplir le piège à froid d'une pompe à diffusion à huile avec quatre litres d'azote liquide. Mettre en marche le circuit d'eau de refroidissement d'un générateur haute fréquence, puis ouvrir l'eau du robinet. Après avoir allumé le générateur, procéder progressivement au chauffage du réacteur en graphite en augmentant la puissance de sortie par paliers de 0,1 à 0,5 kilowatt jusqu'à ce que la température de réaction atteigne environ 1300 degrés Celsius.

Après le dégazage, régler la valeur du générateur à 1,0 kilowatt pour refroidir le réacteur. Après avoir rempli un récipient en acier de 30 litres d'azote liquide, soulevez-le à l’aide d’une plateforme élévatrice afin que le récipient réactionnel soit placé à l’intérieur du récipient en acier. Ensuite, ajoutez davantage d’azote liquide dans le récipient en acier pour atteindre le niveau final d’azote liquide.

Activer le manteau chauffant hémisphérique au niveau le plus bas afin de maintenir l'évaporation. À ce stade, évaporer le solvant goutte à goutte. Régler la vitesse de chute de manière à ce que tout le solvant soit consommé durant la réaction.

Fermez l'aiguille fine et la vanne à gaz, puis ouvrez le récipient en verre contenant le chlorure d'hydrogène. Si la tension affichée sur le manomètre différentiel n'est pas supérieure à 1600 millivolts, appliquez une pression réduite sur la deuxième connexion du manomètre en raccordant un récipient préalablement vidé à la connexion extérieure du manomètre. Enregistrez la valeur initiale affichée.

Ensuite, chauffez le réacteur en graphite à 1300 degrés Celsius en ajustant la valeur du générateur à 3,6 kilowatts. Après avoir ouvert la vanne de gaz, ouvrez lentement la vanne fine à aiguille pour introduire le gaz chlorure d'hydrogène à un débit constant de huit millivolts par minute. Vérifiez le débit au moins toutes les 10 minutes et enregistrez les valeurs mesurées.

Ajoutez deux litres d'azote liquide dans le récipient isolant environ toutes les 10 minutes, de sorte que le niveau d'azote liquide reste toujours dans le tiers supérieur du récipient en acier inoxydable. Une fois que la valeur du manomètre différentiel a diminué de 1600 millivolts, fermez le robinet d'arrêt du gaz. Ensuite, introduisez lentement le chlorure d'hydrogène gazeux restant contenu dans la partie d'alimentation en gaz en ouvrant progressivement le robinet d'aiguille fin, puis arrêtez le générateur haute fréquence.

Déconnectez la pompe à diffusion à huile en fermant le robinet principal, puis purgez l'appareil avec de l'azote sec jusqu'à une pression d'environ une atmosphère. Remplacez le Dewar en acier rempli d'azote liquide par un seau isolant placé sur un agitateur magnétique. Ajoutez ensuite environ cinq kilogrammes de dioxyde de carbone en poudre fine, et mettez l'agitateur magnétique en marche.

Après avoir laissé la solution sous agitation pendant au moins 45 minutes, remplacez le ballon à fond rond de la seringue pressurisée par un tube Schlenk à double valve tout en maintenant le refroidissement par de la glace sèche sous un flux constant d'azote. Réglez la hauteur de la seringue pressurisée de manière à ce qu'elle touche le fond du récipient en acier inoxydable. Ensuite, expulsez la solution de chlorure d'étain à l'aide d'une légère surpression en ouvrant les vannes du tube Schlenk à double valve.

Pour déterminer la qualité de la solution, effectuez un titrage des halogénures en dissolvant deux millilitres de la solution dans 50 millilitres d'acide nitrique dilué. Ajoutez ensuite un millilitre de peroxyde d'hydrogène à 30 pour cent au mélange. Après avoir agité pendant 10 minutes, réalisez un titrage potentiométrique au moyen de nitrate d'argent par rapport à une électrode au calomel.

Ensuite, peser le tube en graphite pour déterminer la quantité d'étain consommée, qui doit se situer entre 4 et 4,8 grammes. À l’aide d’une canule en acier ou en téflon, ajouter 20 millilitres de la solution de chlorure d’étain 0,2 molaire dans un récipient Schlenk refroidi, contenant deux grammes de la source de ligon. Mettre en marche l’agitateur magnétique, laisser réagir sous agitation et réchauffer lentement jusqu’à la température ambiante en trois heures.

Une fois la réaction terminée, arrêtez l'agitation magnétique et laissez tout précipité insoluble à l'intérieur du tube Schlenk se déposer. Ensuite, filtrez la solution brun foncé dans un autre récipient Schlenk. Enfin, ajoutez 0,2 millilitre de TMEDA une fois le mélange formé, puis laissez reposer toute la nuit afin de former des cristaux noirs.

Après l'isolement, identifier les cristaux par RMN du proton. Le principe de la technique d'isolement matricée, en conjugaison avec la technique de co-condensation préparative, est illustré ici. Un schéma du montage de l'appareil de co-condensation est affiché ici.

Ici, la synthèse menant au composé d'amas métalloïde un est présentée, en appliquant la réaction de dismutation du chlorure d'étain sous-valent métastable. Les spectres RMN du proton, du carbone et du silicium des cristaux de l'amas métalloïde d'étain à 10 atomes sont montrés ici. La structure moléculaire du composé un, telle qu'elle a été déterminée par analyse cristallographique aux rayons X, est affichée ici.

Une fois maîtrisée, la co-condensation peut être réalisée en deux jours, à condition d'être effectuée correctement. La synthèse de l'agrégat métalloïde de 10 atomes d'étain nécessite une semaine supplémentaire pour la cristallisation du produit. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de se rappeler que les conditions durant la réaction de co-condensation doivent rester constantes afin d'obtenir une solution métastable adéquate, pouvant être utilisée pour la synthèse d'agrégats métalloïdes.

Après avoir suivi cette procédure, des réactions ultérieures avec l'agrégat métalloïde de 10 atomes d'étain peuvent être réalisées afin de répondre à des questions supplémentaires, telles que la réactivité chimique des agrégats métalloïdes d'étain. Après son développement, cette technique a ouvert la voie à des recherches dans le domaine de la nanotechnologie pour explorer les propriétés de composés d'agrégats métalloïdes définis à l'échelle nanométrique. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière dont la co-condensation préparative est effectuée, conduisant à de nouveaux réactifs basés sur des molécules inaccessibles par des procédés synthétiques classiques, ce qui ouvre la porte à de nouveaux domaines en chimie.

N'oubliez pas que le travail avec un appareil de co-condensation et une solution de sous-hydrure hautement réactive et métastable peut être extrêmement dangereux, et que des équipements de protection individuelle tels que des lunettes de sécurité, des gants et une hotte de laboratoire doivent être portés lors de la réalisation des réactions.