A síntese de [Sn

O objetivo geral da técnica preparativa de co-condensação é obter novos reagentes baseados em moléculas inacessíveis por meio de procedimentos sintéticos clássicos, o que abre caminho para novas áreas na química. A principal vantagem deste método é a obtenção de reagentes altamente reativos, permitindo que reações subsequentes sejam realizadas em baixa temperatura, o que é importante para a síntese de aglomerados metaloides metastáveis. Este método pode auxiliar na resposta de questões fundamentais na área de nanotecnologia, já que relações entre estrutura e propriedades podem ser estabelecidas a partir de compostos de aglomerados metaloides bem caracterizados estruturalmente.

Embora a solução metastável de estanho-haletos permita o acesso a aglomerados em escala nanométrica, ela também pode ser utilizada para a química de coordenação ou adutos, ou para a síntese de materiais novos. A demonstração visual deste método é fundamental, pois os passos de montagem são difíceis de aprender devido à alta complexidade do aparato de co-condensação. Primeiro, preencha cinco câmaras de reação com seis gramas de estanho elementar.

Empilhe as câmaras de reação sobre um anel terminal, girando cada uma em 30 graus, e fixe a empilhagem com uma haste de grafite de 0,7 milímetro. Insira a empilhagem em um tubo de grafite oco, de modo que os orifícios do anel terminal se alinhem com os orifícios do tubo de grafite. Fixe a montagem com uma segunda haste de grafite de 0,7 milímetro.

Em seguida, pese todo o conjunto em uma balança e anote o valor para determinar a quantidade de estanho consumida durante a reação. Depois, coloque o reator de grafite dentro da bobina de cobre do indutor de um aparato de co-condensação e passe o tubo do cabo através do orifício central da chapa de cobre superior, posicionada acima da bobina de indução. Fixe o tubo do cabo a um tubo de suprimento de cloreto de hidrogênio com uma junta e uma porca de rosca.

Verifique a posição do reator dentro da bobina, garantindo que o reator se projete da bobina em cinco, mais ou menos 0,5, milímetros. Conecte o escudo de refrigeração aos pinos de água do conector usando porcas de fixação. Após fixar o escudo de refrigeração no outro lado com um parafuso, teste a estanqueidade do circuito de refrigeração abrindo a torneira de água por 30 segundos.

Em seguida, fixe com um parafuso os cabos de fibra óptica de um pirômetro ao suporte no escudo de cobre. Fixe o difusor de vapor do solvente com uma porca, e certifique-se de que ele esteja centralizado sob a cavidade do escudo de cobre. Verifique novamente se o reator de grafite ainda está no centro da bobina de indução e se não há contato entre a bobina e a chapa superior de cobre.

Conecte um tubo de aço com uma válvula ao difusor de vapor. Em seguida, acople o frasco de Schlenk para evaporação do solvente à válvula. Conecte um frasco contendo uma mistura de solventes previamente preparada ao frasco de Schlenk.

Em seguida, adicione uma manta de aquecimento hemisférica ao frasco Schlenk de evaporação. Conecte uma cânula de aço longa ao aparelho com uma porca rosqueada e feche a extremidade externa com um pequeno frasco de fundo redondo. Após colocar uma barra de agitação magnética de 10 centímetros dentro de um vaso de aço inoxidável, posicione uma junta na cavidade da flange plana e conecte o vaso ao aparelho de co-condensação.

Em seguida, conecte o recipiente de vidro contendo cloreto de hidrogênio a um pequeno tubo de aço e, depois, a um adaptador de quatro vias. Feche a saída traseira do adaptador de quatro vias com uma tampa cega. Em seguida, conecte um manômetro de pressão diferencial à saída frontal e instale uma válvula na saída superior.

Agora, conecte uma válvula de agulha fina à válvula na saída superior do adaptador de quatro vias. Em seguida, use um tubo de aço longo para conectar a parte de fornecimento de gás ao aparelho de co-condensação. Após a montagem completa, evacue o aparelho de co-condensação durante a noite até uma pressão final de cerca de 10 elevado a menos cinco milibar.

No dia seguinte, encha a armadilha de resfriamento de uma bomba de difusão a óleo com quatro litros de nitrogênio líquido. Ligue o ciclo de água de resfriamento de um gerador de alta frequência e abra a torneira da água da rede. Após ligar o gerador, aqueça lentamente o reator de grafite aumentando a potência de saída em etapas incrementais de 0,1 a 0,5 quilowatts até que a temperatura da reação esteja em torno de 1300 graus Celsius.

Após o aquecimento sob vácuo, ajuste o valor do gerador para 1,0 quilowatt para resfriar o reator. Após encher um recipiente de aço com 30 litros de nitrogênio líquido, levante-o com uma plataforma elevatória de modo que o vaso de reação seja colocado dentro do recipiente. Em seguida, adicione mais nitrogênio líquido ao recipiente para atingir o nível final de nitrogênio líquido.

Ligue o manto de aquecimento hemisférico no nível mais baixo para manter a evaporação. Neste ponto, evapore o solvente gota a gota. Ajuste a taxa de gotejamento de modo que todo o solvente seja utilizado durante a reação.

Feche a agulha fina e a válvula de gás, depois abra o recipiente de vidro contendo cloreto de hidrogênio. Se a tensão exibida no manômetro de pressão diferencial não for superior a 1600 milivolts, aplique pressão baixa na segunda conexão do manômetro conectando um recipiente evacuado à conexão externa do manômetro. Registre o valor inicial exibido.

Em seguida, aqueça o reator de grafite até 1300 graus Celsius ajustando o valor do gerador para 3,6 quilowatts. Após abrir a válvula de gás, abra lentamente a válvula de agulha fina para permitir a entrada do gás cloreto de hidrogênio a uma taxa constante de oito milivolts por minuto. Verifique a taxa pelo menos a cada 10 minutos e registre os valores medidos.

Adicione dois litros de nitrogênio líquido ao recipiente, aproximadamente a cada 10 minutos, de modo que o nível do nitrogênio líquido permaneça sempre no terço superior do vaso de aço inoxidável. Após o valor do manômetro diferencial diminuir em 1600 milivolts, feche a válvula de gás. Em seguida, introduza o gás cloreto de hidrogênio restante que está na parte de fornecimento de gás abrindo lentamente a válvula de agulha fina e desligue o gerador de alta frequência.

Desconecte a bomba de difusão de óleo fechando a válvula principal e purgue o aparelho com nitrogênio seco até uma pressão em torno de uma atmosfera. Substitua o dewar de aço cheio com nitrogênio líquido por um balde isolado colocado sobre um agitador magnético. Em seguida, adicione cerca de cinco quilogramas de gelo seco em pó fino ao balde e ligue o agitador magnético.

Após deixar a solução agitar por pelo menos 45 minutos, substitua o balão de fundo redondo na cânula de pressão por um tubo Schlenk de válvula dupla, mantendo o resfriamento com dióxido de carbono sólido sob fluxo constante de nitrogênio. Ajuste a altura da cânula de pressão para que ela toque o fundo do recipiente de aço inoxidável. Agora, empurre a solução de cloreto de estanho com uma leve pressão superior, abrindo as válvulas do tubo Schlenk de válvula dupla.

Para determinar a qualidade da solução, realize uma titulação de haleto dissolvendo dois mililitros da solução em 50 mililitros de ácido nítrico diluído. Em seguida, adicione um mililitro de peróxido de hidrogênio a 30 por cento à mistura. Após agitar durante 10 minutos, realize uma titulação potenciométrica de nitrato de prata contra o eletrodo de calomelano.

Em seguida, pese o tubo de grafite para determinar a quantidade de estanho consumido, que deve estar entre 4 e 4,8 gramas. Usando uma cânula de aço ou teflon, adicione 20 mililitros da solução 0,2 molar de cloreto de estanho a um frasco de Schlenk resfriado, contendo dois gramas da fonte de ligônio. Ligue o agitador magnético, permitindo que a reação seja agitada, e aqueça lentamente até a temperatura ambiente em três horas.

Após a conclusão da reação, pare o agitador magnético e deixe todo o precipitado insolúvel dentro do tubo de Schlenk decantar. Em seguida, filtre a solução marrom-escura para outro vaso de Schlenk. Por fim, adicione 0,2 mililitros de TMEDA à mistura e deixe em repouso durante a noite para formar cristais pretos.

Após o isolamento, identifique os cristais por meio de RMN de próton. O princípio da técnica de isolamento em matriz, em conjugação com a técnica preparativa de co-condensação, é mostrado aqui. Um esquema da configuração do aparato de co-condensação é exibido aqui.

Aqui, é apresentada a rota sintética para o composto de aglomerado de metaloide um, aplicando a reação de desproporcionamento do cloreto de estanho subvalente metaestável. Os espectros de RMN de próton, carbono e silício dos cristais do aglomerado metálico de estanho 10 são mostrados aqui. A estrutura molecular do composto um, determinada por análise cristalográfica de raios X, é exibida aqui.

Uma vez dominada, a co-condensação pode ser realizada em até dois dias, se for feita corretamente. A síntese do aglomerado de 10 átomos de estanho metaloide exige mais uma semana para a cristalização do produto. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que as condições durante a reação de co-condensação devem permanecer constantes para obter uma solução metaestável adequada, que possa ser utilizada na síntese de aglomerados metaloides.

Após este procedimento, reações subsequentes com o aglomerado metaloide de estanho 10 podem ser realizadas para responder perguntas adicionais, como a reatividade química de aglomerados metaloides de estanho. Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para pesquisas na área de nanotecnologia, permitindo explorar propriedades de compostos definidos de aglomerados metaloides em escala nanométrica. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como é realizada a co-condensação preparativa, levando a reagentes inovadores, baseados em moléculas inacessíveis por meio de procedimentos sintéticos clássicos, o que abre portas para novas áreas na química.

Não se esqueça de que trabalhar com um aparelho de co-condensação e com a solução altamente reativa do sub-haleteto metastável pode ser extremamente perigoso, e equipamentos de proteção individual, como óculos de segurança, luvas e capela de laboratório, devem ser utilizados durante a realização das reações.