La sintesi di [Sn ₁₀ (Si (SiMe ₃) ₃) ₄] ² - Utilizzo di una metastabile Sn (I) Soluzione ad alogenuri Sintetizzato tramite una tecnica di co-condensazione

L'obiettivo generale della tecnica di co-condensazione preparativa è quello di accedere a nuovi reagenti basati su molecole irraggiungibili con le procedure sintetiche classiche, il che apre le porte a nuovi campi della chimica. Il vantaggio principale di questo metodo è che si ottengono reagenti altamente reattivi e le reazioni successive possono essere eseguite a bassa temperatura, il che è importante per la sintesi di cluster metalloidi metastabili. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle nanotecnologie, poiché le relazioni struttura-proprietà potrebbero essere stabilite da composti cluster di metalloidi strutturalmente ben caratterizzati.

Sebbene la soluzione metastabile di alogenuro di stagno dia accesso a cluster su scala nanometrica, potrebbe anche essere utilizzata per la chimica di coordinazione o addotti o per la sintesi di nuovi materiali. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto le fasi di costruzione sono difficili da apprendere a causa dell'elevata complessità dell'apparato di cocondensazione. Per prima cosa, riempi cinque camere di reazione con sei grammi di stagno elementare.

Impilare le camere di reazione su un anello terminale, ciascuna delle quali attorcigliata di 30 gradi, e fissare la pila con un'asta di grafite da 0,7 millimetri. Inserire la pila in un tubo di grafite cavo, in modo che i fori dell'anello terminale si adattino ai fori del tubo di grafite. Fissa il setup con una seconda asta di grafite da 0,7 millimetri.

Quindi, pesare l'intera configurazione con una bilancia e annotare il valore per determinare la quantità di stagno consumata durante la reazione. Quindi, posizionare il reattore di grafite all'interno della bobina di induzione in rame di un apparecchio di co-condensazione e far passare il tubo del cavo attraverso il foro centrale della lamina di rame superiore, posta sopra la bobina di induzione. Fissare il tubo del cavo a un tubo di alimentazione di acido cloridrico con una guarnizione e un dado a vite.

Controllare la posizione del reattore all'interno della bobina, per assicurarsi che il reattore sporga dalla bobina di cinque, più o meno 0,5, millimetri. Collegare lo schermo di raffreddamento ai pin dell'acqua del connettore con i dadi a vite. Dopo aver fissato lo scudo di raffreddamento sull'altro lato con una vite, testare la tenuta all'acqua del ciclo di raffreddamento aprendo l'acqua del rubinetto per 30 secondi.

Successivamente, fissare la fibra ottica di un pirometro al supporto in corrispondenza dello schermo di rame con una vite. Fissare il diffusore di vapori di solvente con un dado a vite e assicurarsi che sia centrato sotto la cavità dello schermo di rame. Ricontrollare che il reattore di grafite sia ancora al centro della bobina di induzione e che non vi sia alcun contatto della bobina con la lamina di rame superiore.

Collegare un tubo d'acciaio con una valvola al diffusore di vapore. A questo punto, montare il recipiente Schlenk per l'evaporazione del solvente sulla valvola. Collegare un pallone di miscela di solventi precedentemente preparato al recipiente Schlenk.

Quindi, aggiungere un mantello riscaldante emisferico al recipiente Schlenk in evaporazione. Collegare una lunga cannula d'acciaio all'apparecchio con un dado a vite e chiudere la coda esterna con una piccola fiaschetta a fondo tondo. Dopo aver posizionato un'ancoretta magnetica da 10 centimetri all'interno di un recipiente in acciaio inossidabile, posizionare una guarnizione nella cavità della flangia piana e collegare il recipiente all'apparato di cocondensazione.

Quindi, collegare il recipiente di vetro contenente cloruro di idrogeno a un piccolo tubo d'acciaio, quindi a un adattatore a quattro punti. Chiudere l'uscita posteriore dell'adattatore a quattro punti con una flangia cieca. Quindi, collegare un manometro di pressione differenziale all'uscita anteriore e installare una valvola all'uscita superiore.

Ora, collega una valvola a spillo sottile alla valvola all'uscita superiore dell'adattatore a quattro punti. Quindi, utilizzare un lungo tubo d'acciaio per collegare la parte di alimentazione del gas all'apparato di cocondensazione. Dopo il completo assemblaggio, evacuare l'apparato di cocondensazione durante la notte a una pressione finale di circa 10-meno cinque millibar.

Il giorno successivo, riempire la trappola di raffreddamento di una pompa a diffusione dell'olio con quattro litri di azoto liquido. Accendere il ciclo dell'acqua di raffreddamento di un generatore ad alta frequenza e aprire l'acqua del rubinetto. Dopo aver acceso il generatore, cuocere lentamente il reattore di grafite aumentando la potenza di uscita in incrementi da 0,1 a 0,5 kilowatt fino a quando la temperatura di reazione è di circa 1300 gradi Celsius.

Dopo la cottura, regolare il valore del generatore a 1,0 kilowatt per raffreddare il reattore. Dopo aver riempito un dewar in acciaio con 30 litri di azoto liquido, sollevarlo con una piattaforma di sollevamento in modo che il recipiente di reazione sia posizionato all'interno del dewar. Quindi, aggiungi altro azoto liquido al dewar per raggiungere il livello finale di azoto liquido.

Accendere il mantello riscaldante emisferico al livello più basso per mantenere l'evaporazione. A questo punto, far evaporare il solvente goccia a goccia. Fissare il tasso di goccia in modo che tutto il solvente venga utilizzato durante la reazione.

Chiudere l'ago sottile e la valvola del gas, quindi aprire il recipiente di vetro contenente acido cloridrico. Se la tensione visualizzata sul manometro a pressione differenziale non è superiore a 1600 millivolt, applicare una bassa pressione al secondo collegamento del manometro collegando un recipiente evacuato al collegamento esterno del manometro. Registra il valore iniziale visualizzato.

Quindi, riscalda il reattore di grafite a 1300 gradi Celsius regolando il valore del generatore a 3,6 kilowatt. Dopo aver aperto la valvola del gas, aprire lentamente la valvola a spillo sottile per far entrare il gas di cloruro di idrogeno a una velocità costante di otto millivolt al minuto. Controllare la velocità almeno ogni 10 minuti e registrare i valori misurati.

Aggiungere due litri di azoto liquido al dewar, circa ogni 10 minuti, in modo che il livello di azoto liquido sia sempre al terzo superiore del recipiente in acciaio inossidabile. Dopo che il valore del manometro differenziale è diminuito di 1600 millivolt, chiudere la valvola del gas. Quindi introdurre il gas di cloruro di idrogeno rimanente che si trova all'interno della parte di alimentazione del gas aprendo lentamente la valvola a spillo sottile e spegnere il generatore ad alta frequenza.

Scollegare la pompa di diffusione dell'olio chiudendo la valvola principale e lavare l'apparecchio con azoto secco a una pressione intorno a un'atmosfera. Sostituire il dewar in acciaio riempito di azoto liquido con un secchio isolato posizionato su un agitatore magnetico. Quindi, aggiungi circa cinque chilogrammi di ghiaccio secco in polvere fine al secchio e accendi l'agitatore magnetico.

Dopo aver lasciato agitare la soluzione per almeno 45 minuti, sostituire il flash a fondo tondo sulla cannula della pressa con un tubo Schlenk a doppia valvola mentre si continua a raffreddare con ghiaccio secco sotto un flusso costante di azoto. Fissare l'altezza della cannula a pressione in modo che tocchi il fondo del recipiente in acciaio inossidabile. Ora, spingere fuori la soluzione di cloruro di stagno con una leggera sovrapressione aprendo le valvole sul tubo Schlenk a doppia valvola.

Per determinare la qualità della soluzione, eseguire una titolazione ad alogenuri sciogliendo due millilitri di soluzione in 50 millilitri di acido nitrico diluito. Quindi, aggiungi un millilitro di perossido di idrogeno al 30% alla miscela. Dopo aver agitato per 10 minuti, eseguire una titolazione potenziometrica del nitrato d'argento contro l'elettrodo del calomelano.

Successivamente, pesare il tubo di grafite per determinare la quantità di stagno consumata, che dovrebbe essere compresa tra 4 e 4,8 grammi. Utilizzando una cannula di acciaio o teflon, aggiungere 20 millilitri della soluzione di cloruro di stagno 0,2 molare a un recipiente Schlenk raffreddato, contenente due grammi della fonte di ligon. Accendere l'agitatore magnetico, lasciando che la reazione si muova, e riscaldare lentamente a temperatura ambiente entro tre ore.

Una volta completata la reazione, arrestare l'agitatore magnetico e lasciare che tutto il precipitato insolubile all'interno del tubo di Schlenk si depositi. Quindi, filtrare la soluzione marrone scuro in un altro recipiente Schlenk. Infine, aggiungere 0,2 millilitri di TMEDA alla miscela, lasciarla riposare per una notte per formare cristalli neri.

Dopo l'isolamento, identificare i cristalli tramite NMR protonica. Il principio della tecnica di isolamento a matrice, in coniugazione con la tecnica di co-condensazione preparativa, è mostrato qui. Qui viene visualizzato uno schema della configurazione dell'apparato di cocondensazione.

Qui, viene mostrata la radice sintetica rispetto al composto del cluster metalloide, applicando la reazione di sproporzione del cloruro di stagno sub-valente metastabile. Qui sono mostrati gli spettri NMR di protoni, carbonio e silicio dei cristalli metalloidi di stagno 10-cluster. La struttura molecolare del composto uno, come determinato dall'analisi cristallografica a raggi X, è mostrata qui.

Una volta padroneggiata, la co-condensazione può essere eseguita entro due giorni, se eseguita correttamente. La sintesi del metalloide stagno 10-cluster richiede un'altra settimana per la cristallizzazione del prodotto. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che le impostazioni durante la reazione di co-condensazione devono essere costanti per ottenere una soluzione metastabile adatta che possa essere utilizzata per la sintesi di cluster di metalloidi.

Seguendo questa procedura, è possibile eseguire successive reazioni con il metalloide stagno 10-cluster per rispondere a ulteriori domande come la reattività chimica dei metalloidi stagno cluster. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada a ricerche nel campo delle nanotecnologie per esplorare le proprietà su composti cluster di metalloidi su scala nanometrica. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come viene eseguita la co-condensazione preparativa, portando a nuovi reagenti, basati su molecole irraggiungibili con le classiche procedure sintetiche, che aprono le porte a nuovi campi della chimica.

Non dimenticare che lavorare con un apparato di co-condensazione e la soluzione di sub-alogenuro metastabile altamente reattiva può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione delle reazioni è necessario indossare dispositivi di protezione individuale come occhiali di sicurezza, guanti e cappuccio da laboratorio.