Synteza [Sn₁₀(Si(SiMe₃)₃)₄]^2- przy użyciu metastabilnego roztworu halogenku Sn(I) zsyntetyzowanego techniką kondensacji

Ogólnym celem techniki preparatywnej kondensacji jest uzyskanie dostępu do nowych odczynników opartych na cząsteczkach, które są nieosiągalne dla klasycznych procedur syntezy, co otwiera drzwi do nowych dziedzin chemii. Główną zaletą tej metody jest to, że uzyskuje się wysoce reaktywne odczynniki, a kolejne reakcje można zaprowadzić w niskiej temperaturze, co jest ważne dla syntezy metastabilnych klastrów metaloidów. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu nanotechnologii, ponieważ na podstawie dobrze scharakteryzowanych strukturalnie związków klastrowych metaloidów można ustalić zależności struktura-właściwość.

Chociaż metastabilny roztwór halogenku cyny daje dostęp do klastra w nanoskali, może być również stosowany do koordynacji lub chemii adduktów lub do syntezy nowych materiałów. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ etapy budowy są trudne do nauczenia się ze względu na dużą złożoność aparatu do kondensacji. Najpierw napełnij pięć komór reakcyjnych sześcioma gramami cyny elementarnej.

Ułóż komory reakcyjne na pierścieniu końcowym, każda z nich skręcona o 30 stopni, i przymocuj stos za pomocą pręta grafitowego o grubości 0,7 milimetra. Włóż stos do pustej rurki grafitowej, tak aby otwory pierścienia zaciskowego pasowały do otworów w rurce grafitowej. Napraw konfigurację za pomocą drugiego pręta grafitowego o grubości 0,7 milimetra.

Następnie zważ cały zestaw za pomocą wagi i zanotuj wartość, aby określić ilość cyny zużytej podczas reakcji. Następnie umieść reaktor grafitowy w miedzianej cewce indukcyjnej aparatu do kondensacji i przeprowadź rurkę przewodu przez środkowy otwór górnej blachy miedzianej, umieszczonej nad cewką indukcyjną. Przymocuj rurkę przewodu do rury doprowadzającej chlorowodór za pomocą uszczelki i nakrętki śrubowej.

Sprawdź położenie reaktora wewnątrz cewki, aby upewnić się, że reaktor wystaje z cewki na pięć, plus minus 0,5 milimetra. Podłącz osłonę chłodzącą do styków wodnych złącza za pomocą nakrętek śrubowych. Po zamocowaniu osłony chłodzącej z drugiej strony za pomocą, sprawdź wodoszczelność cyklu chłodzenia, otwierając wodę z kranu na 30 sekund.

Następnie przymocuj światłowód pirometru do uchwytu na miedzianej osłonie za pomocą. Zamocuj dyfuzor oparów rozpuszczalnika za pomocą nakrętki śrubowej i upewnij się, że jest wyśrodkowany pod wnęką miedzianej osłony. Ponownie sprawdź, czy reaktor grafitowy nadal znajduje się w środku cewki indukcyjnej i czy nie ma kontaktu cewki z górną blachą miedzianą.

Podłącz stalową rurkę z zaworem do dyfuzora pary. Teraz zamontuj naczynie Schlenka do odparowania rozpuszczalnika na zaworze. Dodać wcześniej przygotowaną kolbę z mieszaniną rozpuszczalników do naczynia Schlenka.

Następnie dodaj półkulisty płaszcz grzewczy do parującego naczynia Schlenka. Podłącz długą stalową kaniulę do aparatu za pomocą nakrętki śrubowej i zamknij zewnętrzny ogon małą kolbą okrągłodenną. Po umieszczeniu 10-centymetrowego mieszadła magnetycznego w naczyniu ze stali nierdzewnej, umieść uszczelkę we wnęce kołnierza płaszczyzny i podłącz naczynie do aparatu do kondensacji.

Następnie podłącz szklane naczynie zawierające chlorowodór do małej stalowej rurki, a następnie do czteropunktowego adaptera. Zamknij tylne wyjście adaptera czteropunktowego za pomocą kołnierza zaślepiającego. Następnie podłącz manometr różnicy ciśnień do przedniego wyjścia i ustaw zawór na górnym wyjściu.

Teraz podłącz drobny zawór iglicowy do zaworu na górnym wyjściu czteropunktowego adaptera. Następnie za pomocą długiej stalowej rurki podłącz część doprowadzającą gaz do aparatu kondensacyjnego. Po całkowitym montażu opróżnij aparat kondensacyjny przez noc do ciśnienia końcowego około 10 do minus pięciu milibarów.

Następnego dnia napełnij syfon chłodzący pompy dyfuzyjnej oleju czterema litrami ciekłego azotu. Włącz obieg wody chłodzącej w generatorze wysokiej częstotliwości i otwórz wodę z kranu. Po włączeniu generatora powoli wypalaj reaktor grafitowy, zwiększając moc wyjściową w krokach od 0,1 do 0,5 kilowata, aż temperatura reakcji osiągnie około 1300 stopni Celsjusza.

Po wypaleniu dostosuj wartość generatora do 1,0 kilowata, aby schłodzić reaktor. Po napełnieniu stalowego dewara 30 litrami ciekłego azotu, podnieś go za pomocą platformy podnoszącej tak, aby naczynie reakcyjne zostało umieszczone w dewarze. Następnie dodaj więcej ciekłego azotu do dewara, aby osiągnąć ostateczny poziom ciekłego azotu.

Włącz półkulisty płaszcz grzewczy na najniższym poziomie, aby utrzymać parowanie. W tym momencie odparuj rozpuszczalnik kroplami. Ustal szybkość upuszczania tak, aby podczas reakcji zużyto cały rozpuszczalnik.

Zamknij cienką igłę i zawór gazowy, a następnie otwórz szklane naczynie zawierające chlorowodór. Jeżeli wyświetlane napięcie na manometrze różnicy ciśnień nie jest wyższe niż 1600 miliwoltów, należy zastosować niskie ciśnienie przy drugim połączeniu manometru, podłączając opróżnione naczynie do zewnętrznego połączenia manometru. Zapisz wyświetlaną wartość początkową.

Następnie podgrzej reaktor grafitowy do 1300 stopni Celsjusza, dostosowując wartość generatora do 3,6 kilowata. Po otwarciu zaworu gazowego powoli otwórz zawór cienkojęzyczny, aby wpuścić gazowy chlorowodór ze stałą prędkością ośmiu miliwoltów na minutę. Sprawdzaj szybkość co najmniej co 10 minut i zapisuj zmierzone wartości.

Dodaj dwa litry ciekłego azotu do dewara, mniej więcej co 10 minut, tak aby poziom ciekłego azotu był zawsze w górnej jednej trzeciej naczynia ze stali nierdzewnej. Po zmniejszeniu wartości manometru różnicowego o 1600 miliwoltów zamknij zawór gazowy. Następnie wprowadź pozostały gazowy chlorowodór, który znajduje się w części doprowadzającej gaz, powoli otwierając drobny zawór iglicowy i wyłączając generator wysokiej częstotliwości.

Odłączyć pompę dyfuzyjną oleju, zamykając główny zawór, i przepłukać urządzenie suchym azotem do ciśnienia zbliżonego do jednej atmosfery. Zastąp stalowy dewar wypełniony ciekłym azotem izolowanym wiadrem umieszczonym na mieszadle magnetycznym. Następnie dodaj do wiadra około pięciu kilogramów drobnego sproszkowanego suchego lodu i włącz mieszadło magnetyczne.

Po pozostawieniu roztworu do mieszania przez co najmniej 45 minut, zastąp okrągłodenną lampę błyskową przy kaniuli prasy rurką Schlenka z podwójnym zaworem, nadal chłodząc suchym lodem pod stałym przepływem azotu. Ustal wysokość kaniuli prasy tak, aby dotykała dna naczynia ze stali nierdzewnej. Teraz wypchnij roztwór chlorku cyny z lekkim nadciśnieniem, otwierając zawory na dwuzaworowej rurce Schlenka.

Aby określić jakość roztworu, należy przeprowadzić miareczkowanie halogenkowe, rozpuszczając dwa mililitry roztworu w 50 mililitrach rozcieńczonego kwasu azotowego. Następnie dodaj do mieszaniny jeden mililitr 30-procentowego nadtlenku wodoru. Po mieszaniu przez 10 minut przeprowadzić potencjometryczne miareczkowanie azotanu srebra w stosunku do elektrody kalomelowej.

Następnie zważ rurkę grafitową, aby określić ilość zużytej cyny, która powinna wynosić od 4 do 4,8 grama. Za pomocą kaniuli stalowej lub teflonowej dodaj 20 mililitrów 0,2 molowego roztworu chlorku cyny do schłodzonego naczynia Schlenka, zawierającego dwa gramy źródła ligonu. Włącz mieszadło magnetyczne, pozwalając reakcji się wymieszać i powoli ogrzać się do temperatury pokojowej w ciągu trzech godzin.

Po zakończeniu reakcji zatrzymać mieszadło magnetyczne i pozwolić, aby cały nierozpuszczalny osad wewnątrz rurki Schlenka opadł. Następnie przefiltruj ciemnobrązowy roztwór do innego naczynia Schlenka. Na koniec dodaj 0,2 mililitra TMEDY do mieszanki, odstaw na noc, aby utworzyły czarne kryształy.

Po izolacji zidentyfikuj kryształy za pomocą protonowego NMR. Przedstawiono tutaj zasadę działania techniki izolacji matrycowej w koniugacji z techniką preparatywnej kondensacji. Schemat konfiguracji aparatu współkondensacyjnego jest wyświetlany tutaj.

Tutaj pokazano syntetyczny korzeń do metaloidalnego związku klastrowego, stosując reakcję dysproporcji metastabilnego subwartościowego chlorku cyny. Widma NMR protonu, węgla i krzemu kryształów 10-klastrowych metaloidu cyny są pokazane tutaj. Struktura molekularna pierwszego związku, określona za pomocą rentgenowskiej analizy krystalograficznej, jest tutaj przedstawiona.

Po opanowaniu kokondensacja może być przeprowadzona w ciągu dwóch dni, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Synteza metaloidowego 10-klastra cyny wymaga kolejnego tygodnia na krystalizację produktu. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że ustawienia podczas reakcji kokondensacji muszą być stałe, aby uzyskać odpowiedni metastabilny roztwór, który można wykorzystać do syntezy klastrów metaloidów.

Po tej procedurze można przeprowadzić kolejne reakcje z metaloidowym klastrem cyny 10 w celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania, takie jak reaktywność chemiczna klastrów metaloidowej cyny. Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę dla badań w dziedzinie nanotechnologii w celu zbadania właściwości zdefiniowanych związków klastrowych metaloidów w skali nano. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, w jaki sposób przeprowadzana jest precyzyjna kondensacja, prowadząca do powstania nowych odczynników, opartych na cząsteczkach, które są nieosiągalne za pomocą klasycznych procedur syntezy, co otwiera drzwi do nowych dziedzin chemii.

Nie zapominaj, że praca z aparatem do kondensacji i wysoce reaktywnym metastabilnym roztworem subhalogenkowym może być niezwykle niebezpieczna, a podczas przeprowadzania reakcji należy nosić środki ochrony osobistej, takie jak okulary ochronne, rękawice i kaptur laboratoryjny.