De synthese van [Sn

Het algemene doel van de preparatieve co-condensatietechniek is het verkrijgen van nieuwe reagentia op basis van moleculen die onbereikbaar zijn via klassieke synthetische procedures, wat de deur opent naar nieuwe velden in de chemie. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat zeer reactieve reagentia worden verkregen en dat daaropvolgende reacties bij lage temperaturen kunnen worden uitgevoerd, wat essentieel is voor de synthese van metastabiele metalloïde clusters. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van de nanotechnologie, aangezien structuur-eigenschaprelaties kunnen worden vastgesteld op basis van structureel goed gekenmeriseerde metalloïde clusterverbindingen.

Hoewel de metastabiele tinhalide-oplossing toegang biedt tot clusters op nanoschaal, kan deze ook worden gebruikt voor coördinatie- of adductchemie of voor de synthese van nieuwe materialen. Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien de constructiestappen moeilijk aan te leren zijn vanwege de hoge complexiteit van de co-condensatieapparatuur. Vul eerst vijf reactiekamers met zes gram elementair tin.

Stapel de reactiekamers over een eindring, waarbij elke kamer 30 graden is gedraaid, en fixeer de stapel met een grafietstaaf van 0,7 millimeter. Plaats de stapel in een holle grafietbuis, zodat de gaten van de eindring samenvallen met de gaten in de grafietbuis. Fixeer de opstelling met een tweede grafietstaaf van 0,7 millimeter.

Weeg vervolgens de gehele opstelling met een balans en noteer de waarde om de hoeveelheid verbruikt tin tijdens de reactie te bepalen. Plaats daarna de grafietreactor in de koperen inductiespoel van een co-condensatieapparaat en geleid de buis van het koord door het centrale gat van de bovenste koperen plaat, die boven de inductiespoel is geplaatst. Bevestig de buis van het koord aan een toevoerleiding voor waterstofchloride met een pakking en een schroefmoer.

Controleer de positie van de reactor in de spoel om er zeker van te zijn dat de reactor met vijf, plus of min 0,5, millimeter uit de spoel steekt. Verbind het koelschild met de waterpinnen van de connector met schroefmoeren. Nadat het koelschild aan de andere zijde met een schroef is vastgezet, moet de waterdichtheid van de koelcyclus worden getest door het kraanwater gedurende 30 seconden te openen.

Bevestig vervolgens de glasvezelkabels van een pyrometer met een schroef aan de houder bij het koperen scherm. Bevestig de oplosmiddeldampdiffusor met een moer en zorg ervoor dat deze gecentreerd is onder de holte van het koperen scherm. Controleer opnieuw of de grafietreactor nog steeds in het midden van de inductiespoel staat en dat er geen contact is tussen de spoel en de bovenste koperplaat.

Verbind een stalen buis met een ventiel met de dampdiffusor. Monteer vervolgens het Schlenk-vat voor solventverdamping op het ventiel. Bevestig een eerder voorbereide kolf met het solventmengsel aan het Schlenk-vat.

Voeg vervolgens een halfronde verwarmingsmantel toe aan het verdampings-Schlenkvat. Verbind een lange stalen canule met de apparatuur met een schroefmoer en sluit het uiteinde af met een kleine rondbodemkolf. Plaats een magnetische roerstaaf van 10 centimeter in een roestvrijstalen vat, plaats een pakking in de holte van de vlakke flens en verbind het vat met de co-condensatieapparatuur.

Sluit vervolgens het glazen vat met waterstofchloride aan op een kleine stalen buis en daarna op een vierpuntsadapter. Sluit de achteruitgang van de vierpuntsadapter af met een blindflens. Sluit vervolgens een differentieeldrukmeter aan op de vooruitgang en plaats een klep bij de bovenuitgang.

Sluit nu een fijne naaldventiel aan op het ventiel bij de bovenste uitgang van de vierpuntsadapter. Gebruik vervolgens een lange stalen buis om het gastoevoergedeelte met de co-condensatie-apparatuur te verbinden. Nadat de assemblage is voltooid, wordt de co-condensatie-apparatuur gedurende de nacht vacuüm getrokken tot een einddruk van ongeveer 10 tot de min vijf millibar.

Vul de volgende dag de koelvanger van een oliediffusiepomp met vier liter vloeibare stikstof. Schakel de koelwatercirculatie van een hoogfrequentgenerator in en open de kraan voor het water. Bake na het inschakelen van de generator de grafietreactor langzaam uit door het uitgangsvermogen in stappen van 0,1 tot 0,5 kilowatt te verhogen tot de reactietemperatuur ongeveer 1300 graden Celsius bedraagt.

Stel na het uitbakken de waarde van de generator in op 1,0 kilowatt om de reactor af te koelen. Nadat een stalen dewars met 30 liter vloeibare stikstof is gevuld, wordt deze met een tilplatform omhooggehesen zodat het reactievat in de dewars wordt geplaatst. Voeg vervolgens meer vloeibare stikstof toe aan de dewars om het uiteindelijke vloeistofniveau te bereiken.

Schakel de halfronde verwarmingsmantel in op de laagste stand om de verdamping te handhaven. Verdampt op dit punt het oplosmiddel druppelsgewijs. Stel de druppelsnelheid zo in dat al het oplosmiddel tijdens de reactie wordt verbruikt.

Sluit de fijne naald en de gasafsluiter en open vervolgens het glazen vat dat waterstofchloride bevat. Als de weergegeven spanning op de differentiaaldrukmanometer niet hoger is dan 1600 millivolt, breng dan een lage druk aan op de tweede aansluiting van de manometer door een geëvacueerd vat aan de buitenste aansluiting van de manometer te koppelen. Noteer de weergegeven startwaarde.

Verwarm vervolgens de grafietreactor tot 1300 °C door de waarde van de generator in te stellen op 3,6 kW. Open na het openen van de gasventiel langzaam het fijnnaaldventiel om het waterstofchloridegas met een constante snelheid van acht millivolt per minuut binnen te laten. Controleer de snelheid minimaal elke 10 minuten en noteer de gemeten waarden.

Voeg ongeveer elke 10 minuten twee liter vloeibare stikstof toe aan de dewarkolven, zodat het niveau van de vloeibare stikstof zich altijd in het bovenste derde deel van het roestvrijstalen vat bevindt. Zodra de waarde van de differentiële manometer met 1600 millivolt is afgenomen, dient het gasventiel te worden gesloten. Introduceer vervolgens het resterende waterstofchloridegas in het gastoevoergedeelte door het fijnregelnajaar langzaam te openen en schakel de hoogfrequente generator uit.

Koppel de oliediffusiepomp los door de hoofdkraan te sluiten en spoel het apparaat met droge stikstof tot een druk van ongeveer één atmosfeer. Vervang de met vloeibare stikstof gevulde stalen dewarkolf door een geïsoleerde emmer die op een magneetroerer is geplaatst. Voeg vervolgens ongeveer vijf kilogram fijn gepoederde droogijs toe aan de emmer en schakel de magneetroerer in.

Laat de oplossing gedurende ten minste 45 minuten roeren en vervang vervolgens de rondbodemkolf aan de overdrukcannule door een dubbelklepige Schlenk-buis, terwijl er nog steeds met droogijs wordt gekoeld onder een constante stroom stikstof. Stel de hoogte van de overdrukcannule zo in dat deze de bodem van het roestvrijstalen vat raakt. Duw nu de tinchloride-oplossing vervolgens met een lichte overdruk naar buiten door de kleppen van de dubbelklepige Schlenk-buis te openen.

Om de kwaliteit van de oplossing te bepalen, wordt een halide-titratie uitgevoerd door twee milliliters van de oplossing op te lossen in 50 milliliters verdund salpeterzuur. Voeg vervolgens één milliliter 30 procent waterstofperoxide toe aan het mengsel. Na 10 minuten roeren wordt een potentiometrische titratie van zilvernitraat tegen de calomel-elektrode uitgevoerd.

Weeg daarna de grafietbuis om de hoeveelheid verbruikte tin te bepalen, wat tussen de 4 en 4,8 gram moet liggen. Voeg met een stalen of Teflon canule 20 milliliter van de 0,2 molaire tinchloride-oplossing toe aan een gekoeld Schlenk-vat dat twee gram van de ligonbron bevat. Zet de magnetische roerder aan om de reactie te laten roeren en warm deze langzaam op tot kamertemperatuur binnen drie uur.

Zodra de reactie voltooid is, stop de magneetroerder en laat alle onoplosbare neerslag in de Schlenk-buis bezinken. Filtreer vervolgens de donkerbruine oplossing in een ander Schlenk-vat. Voeg ten slotte 0,2 milliliters TMEDA toe aan het mengsel en laat dit een nacht staan om zwarte kristallen te vormen.

Identificeer de kristallen na isolatie via protonen-NMR. Het principe van de matrix-isolatietechniek, in combinatie met de preparatieve co-condensatietechniek, wordt hier getoond. Een schema van de opstelling van het co-condensatieapparaat wordt hier weergegeven.

Hier wordt de synthetische route naar de metalloïde clusterverbinding één getoond, waarbij gebruik wordt gemaakt van de disproportioneringsreactie van het metastabiele subvalente tinchloride. De proton-, koolstof- en silicium-NMR-spectra van de metalloïde tin-10-clusterkristallen worden hier getoond. De moleculaire structuur van verbinding één, zoals vastgesteld door röntgendiffractieanalyse, wordt hier weergegeven.

Zodra de methode onder controle is, kan de co-condensatie binnen twee dagen worden uitgevoerd, mits dit correct gebeurt. De synthese van het metalloïde tin 10-cluster vereist een verdere week voor de kristallisatie van het product. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de instellingen tijdens de co-condensatiereactie constant moeten blijven om een geschikte metastabiele oplossing te verkrijgen die kan worden gebruikt voor de synthese van metalloïde clusters.

Na deze procedure kunnen opeenvolgende reacties met het metalloïde tin 10-cluster worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals de chemische reactiviteit van metalloïde tinclusters. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoek in het veld van de nanotechnologie om eigenschappen van gedefinieerde nano-schaal metalloïde clusterverbindingen te verkennen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe preparatieve co-condensatie wordt uitgevoerd, wat leidt tot nieuwe reagentia op basis van moleculen die via klassieke synthetische procedures onbereikbaar zijn, waardoor de deur wordt geopend naar nieuwe velden in de chemie.

Vergeet niet dat het werken met een co-condensatieapparaat en de zeer reactieve metastabiele subhalide-oplossing uiterst gevaarlijk kan zijn; daarom moeten persoonlijke beschermingsmiddelen zoals een veiligheidsbril, handschoenen en een zuurkast worden gebruikt tijdens het uitvoeren van de reacties.