Synthèse d’un complexe de cobalt (II) de transporter l’oxygène

Inorganic Chemistry

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Overview

Source : Deepika Das, Tamara M. Powers, département de chimie, Texas A & M University

Chimie bioinorganique est le domaine d’étude qui se penche sur le rôle que jouent les métaux en biologie. Environ la moitié de toutes les protéines contiennent des métaux, et on estime que jusqu'à un tiers de toutes les protéines dépendent métalliques actives sites fonctionnent. Les protéines qui comportent des métaux, appelés métalloprotéines, jouent un rôle vital dans une variété de fonctions cellulaires qui sont nécessaires à la vie. Métalloprotéines ont intrigué et inspiré des chimistes inorganiques synthétiques pendant des décennies, et de nombreux groupes de recherche ont consacré leurs programmes à la modélisation de la chimie des sites actifs contenant des métaux en protéines grâce à l’étude des composés de coordination.

Le transport d’O2 est un processus vital pour les organismes vivants. O2-métalloprotéines de transport sont chargées de la liaison, transporter, et libérant de l’oxygène, qui peut être ensuite utilisé pour les processus vitaux tels que la respiration. Le complexe de coordination du cobalt oxyphorique, [N,N'-bis(salicylaldehyde)ethylenediimino]cobalt(II) [Co(salen)]2 a été largement étudiée afin de comprendre comment métalliques complexes réversiblement lier O2 . 1

Dans cette expérience, nous synthétiser [Co(salen)]2 et étudier sa réaction réversible avec O2 en présence de diméthylsulfoxyde (DMSO). Tout d’abord, nous va quantifier la quantité d’O2 consommées lors de l’exposition [Co(salen)]2 de DMSO. Nous avons ensuite visuellement observera la libération d’O2 par le [Co(salen)]2- O2 adduit en exposant le solide à CHCl3.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Chimie inorganique. Synthèse d’un complexe de cobalt (II) de transporter l’oxygène. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Il y a deux polymorphes solides [Co(salen)]2 (actifs et inactifs), qui peuvent être isolés dans différentes conditions de réaction. Actifs et inactifs [Co(salen)]2 varient dans leur couleur (brun et rouge, respectivement), structure et réactivité. Les deux polymorphes se composent d’unités dimériques. Dans le cas d’actifs [Co(salen)]2, chacun de la Co(salen) deux2 molécules sont dans les centres co très proches, formant une très faible van der Waals interaction entre le métal centres (Figure 1). Bien que la forme active présentent une faible interaction de Co-Co, la séparation entre les unités dimères offre espace O2 réagit avec les centres Co. ainsi, la forme active de [Co(salen)]2 réagit avec O2 à l’état solide.

Dans la forme dite inactive de [Co(salen)]2, il y a une interaction dative entre le centre de Co d’une molécule et un atome d’oxygène de l’autre (Figure 1). Les deux unités de2 Co(salen)sont plus rapprochées par rapport à la forme active et, par conséquent, la forme inactive est stable dans l’air à l’état solide et seul réagit avec O2 en présence d’un coordination solvant (DMSO), qui perturbe l’unité dimère et stabilise le [Co(salen)]2- O2 adduit. Inactif [Co(salen)]2 est plus facile à gérer et à étudier, étant donné que le solide peut être isolé sans utiliser de techniques sans air. Par conséquent, dans cette expérience nous synthétiser inactif [Co(salen)]2 et étudier sa réaction avec O2 en présence de DMSO.

Il y a plusieurs façons que O2, une molécule diatomique, peut se coordonner à un ou plusieurs centres métalliques (Figure 2). Bout de liaison se traduit par une liaison métal-oxygène à un des atomes d’oxygène O2. À côté-le contraignant, les deux atomes d’oxygène de former des liaisons vers le centre métallique. Dans certains cas, l’unité de2 O comble deux complexes métalliques où bout et côté-sur la liaison sont également observées.

Inactif [Co(salen)]2 forme un cobalt 2:1 O2 adduit en présence du solvant coordination, DMSO. Les centres de cobalt ponts les deux O2 unité dans un bout pont mode (Figure 3) et des molécules de DMSO coordonnées toutes la sphère de coordination octaédrique de chacun des centres Co. Si l'on considère le diagramme MO d’O2 et d-orbitale fractionnement diagramme pour [Co(salen)]2, nous pouvons comprendre pourquoi les 2:1 O2 adduit est favorisée (Figure 4). O2 affiche un état fondamental de triplet avec deux électrons non appariés dans la MOS. [Co(salen)]-π *2 est paramagnétique, possédant un électron non apparié dans son σ * dz2 MO (en supposant que le plan carré (D4 h), Co 2 +, 7 de). La liaison d’O2 à2 [Co(salen)] est une réaction d’oxydo-réduction, où Co(salen) deux molécules sont oxydés par 1 e chacun à un état final d’oxydation de + 3 à cobalt et la molécule de2 O est réduit de 2 e - ,entraînant la formation de peroxyde de (O2-2). L’adduit 1:1 n’est pas favorisée dans ce cas car Co (III) est d6 et, par conséquent, ne veut pas renoncer à un autre électron (pour une critique sur la théorie OM /d-orbitale fractionnement, voir la vidéo sur la théorie des groupes et la théorie de la Transition MO Complexes métalliques).

Dans cette vidéo, nous déterminerons expérimentalement le ratio de2 Co:O par réaction d’inactif [Co(salen)]2 O2 en présence de DMSO en mesurant le volume d’O2 perdu dans un système fermé. Nous pouvons utiliser la Loi des gaz parfaits (équation 1) pour calculer le nombre de moles de O2 consommés.

PV = nRT (équation 1)
P = pression = 1 atm
V = volume (L)
R = 0,082 L atm mol-1 K-1
T = température (K)
n = moles

Nous étudierons ensuite la réversibilité de la liaison de2 O en exposant la résultante solide [Co(salen)]2- O2-(DMSO)2 au chloroforme (CHCl3). Addition de CHCl3 (un solvant non coordinant qui ne peut pas stabiliser la [Co(salen)]2- O2 adduit) conduit à une diminution de la concentration de DMSO. Principe de le Châtelier peut-il expliquer que sur une diminution de concentration de DMSO, l’équilibre, illustré à la Figure 3 se déplace vers les réactifs, aboutissant à la libération de gaz2 O.

Figure 1
Figure 1. Formes actives et inactives de [Co(salen)]2.

Figure 2
Figure 2. Modes de coordination de l’O2 centre métallique, M.

Figure 3
Figure 3. Réaction réversible O2 avec [Co(salen)]2.

Figure 4
Figure 4. Diagramme de MO d’O2 et d-orbitale fractionnement diagramme de Co(salen) (dérivé de la théorie des groupes, en supposant que la géométrie plane carré).

Procedure

1. synthèse des inactifs [Co(salen)]2

  1. Charger un ballon à fond rond 250 mL 3-cou avec 120 mL de 95 % EtOH et 2,20 g (0,192 mL, mol 0,018) du salicylaldéhyde.
  2. Monter le cou de centre avec un condensateur connecté au N2. Monter les deux autres cols avec un septum en caoutchouc et d’un entonnoir de plus muni d’un septum en caoutchouc.
  3. Agiter la réaction dans un bain-marie et chauffer la solution à reflux (80 ° C).
  4. Ajouter l’éthylène diamine (0,52 g, mL 0,58, mol 0.0087) par l’intermédiaire de seringue à travers le septum de ballon à fond rond.
  5. Dans un ballon à fond rond 50 mL, préparer une solution de Co(OAc)2·4H2O (2,17 g, 0.0087 mol) dans 15 mL d’eau distillée. Chauffer la solution dans le même bain de l’eau contenant le ballon 3-cou pour s’assurer que l’ensemble de l’acétate de cobalt se dissout.
  6. Ajouter la solution d’acétate de cobalt à l’entonnoir de l’addition.
  7. Dégazer la solution d’acétate de cobalt par propagation N2 à travers le liquide dans l’entonnoir d’addition pour 10 min (voir la vidéo de « Synthèse d’un TI métallocène utilisant Schlenk ligne Technique » pour une procédure plus détaillée sur la purge des liquides). L’adaptateur de2 condensateur N doive être fermé afin de permettre la N2 à bouillonner à travers la solution d’acétate de cobalt.
    Remarque : Ne jamais chauffer un système fermé ! S’assurer d’évacuer le système au cours de dégazage.
  8. Ajouter lentement la solution d’acétate de cobalt (II) (~ 1 goutte/s), en remuant vigoureusement le mélange d’éthanol. Sans remuer, suffisant, un précipité chunky formera qui peut se bloquer la barre de remuer.
  9. Une fois que tout l’acétate de cobalt a été ajouté, remuer la réaction à reflux pendant 1 h.
  10. Éteindre la plaque chauffante et enlever le ballon à fond rond 3-col du bain-marie.
  11. Enlever l’entonnoir condenseur et ajout du flacon. Plongez la fiole dans un bain de glace afin de faciliter la précipitation des [Co(salen)]2.
  12. Filtrer la solution sous vide pour isoler le solide et laver le solide résultant rouge avec de l’éthanol froid.
  13. Isoler le solide. Calculer le rendement de la réaction et de recueillir un IR de la [Co(salen)]2. Assurez-vous que le [Co(salen)]2 est sec avant de l’utiliser dans la réaction d’absorption2 O.

2. matériel et installation pour O2 absorption (Figure 5)1

Remarque : Il est très important que le système ne fuit pas. Une fuite dans le système conduira à une plus faible que prévu Co:O2 ratio.

  1. Connecter une aiguille à une bouteille de gaz O2 (ultra haute pureté) avec tuyau Tygon. Doucement des bulles O de2 à 5 mL de DMSO pendant au moins 10 min.
  2. Tandis que le DMSO étant saturé d’O2, insérer les deux extrémités d’une pipette jaugée de 10 mL en verre avec Tygon tube (chaque 1,5 pi de long).
  3. Attacher un entonnoir de verre à l’un des morceaux de tuyaux Tygon.
  4. Fixer la pipette de verre et l’entonnoir à un support de bague de sorte que l’entonnoir est vers le haut et le tube forme un U ( Figure 5).
  5. Remplir la pipette et entonnoir à huile minérale. Ajouter l’huile dans l’entonnoir, en s’assurant que l’huile remplit également le tube relié à la pipette. Continuez à ajouter de l’huile jusqu'à ce que l’entonnoir est rempli à mi-chemin vers le haut de l’entonnoir. Ne laissez pas l’huile trop étroite vers le haut de l’entonnoir, comme l’O2 barbotage de l’entonnoir peut causer aux éclaboussures si la cheminée est trop pleine.
  6. Attacher l’extrémité ouverte du tube, un tube à essai côté-bras (test tube A).
  7. Ajouter 50 mg (0,077 mmol) de l’inactif [Co(salen)]2 dans l’éprouvette tige latérale, un contact avec la pipette de verre.
  8. Ajouter 2 mL du DMSO saturé d’O2 dans une éprouvette de 3 mL (éprouvette B).
  9. Utiliser une paire de pince à épiler pour tube à essai légèrement inférieur B dans le tube à essai A, en veillant à ne pas se répandre tout le DMSO. Il est important de ne pas exposer le [Co(salen)]2 le DMSO à ce stade.
  10. Sceller le test tube A avec un septum en caoutchouc. Câbler le septum pour empêcher les fuites.
  11. Insérer l’aiguille reliée au réservoir de gaz O2 dans le septum et purger le système avec O2 pendant 10 min.
  12. Retirer l’aiguille de2 O et graissez la partie supérieure du septum en caoutchouc pour éviter les fuites.
  13. Certains de la pression dans l’installation devront être libéré pour obtenir l’huile dans la pipette de verre. Pour ce faire, insérez une aiguille libre dans le septum en caoutchouc sur le tube à essai A. couvrir l’ouverture avec un doigt puis relâcher lentement la pression dans l’installation. N’oubliez pas de couvrir le nouveau trou avec de la graisse pour éviter les fuites.
  14. Déplacer la pipette de verre et de l’entonnoir afin que les niveaux d’huile s’alignent dans les deux pièces de verrerie.
  15. Enregistrer le niveau de volume d’huile dans la pipette de verre.

Figure 5
Figure 5. O installation d’appareil de capture2 .

3. réaction de l’absorption de2 O

  1. Ajouter le DMSO à la solide [Co(salen)]2 en inclinant doucement les tubes à essai, en vous assurant qu’aucun de la solution ne pénètre dans le bras de coté du tube à essai A.
  2. Après avoir ajouté tous le DMSO, tenir le haut du tube à essai et mélanger doucement la solution en secouant le tube à essai en arrière.
    NOTE : Ne pas utiliser l’accumulation sur et bas mouvement secouant. Entrechoquent trop violemment les deux tubes à essai peut conduire à la rupture de l’éprouvette A.
  3. Continuer à agiter doucement les tubes à essai à la main jusqu'à ce que le niveau d’huile dans la pipette s’arrête la hausse (environ 15-20 min).
  4. Une fois que la consommation de2 O cesse, passer la pipette et entonnoir de telle sorte que l’huile de la ligne vers le haut.
  5. Enregistrer le nouveau niveau de volume de l’huile dans la pipette de verre. La différence de volume représente le volume d’O2 consommés au cours de la réaction à l’atmosphère (1 atm) pression.
  6. Noter la température de la pièce.

4. O2 libération de [Co(salen)]2 - O2 adduit

  1. Transférer la solution de DMSO résultante de l’étape 3 dans un tube à centrifuger 15 mL.
  2. Remplir un deuxième tube à essai avec une quantité équivalente d’eau.
  3. Insérer les tubes à essai en face de l’autre dans une centrifugeuse.
  4. Centrifuger l’échantillon pendant au moins 15 minutes. La qualité de granulés solides qui en résulte s’améliore avec le temps de centrifugation.
  5. Retirez doucement le tube à essai avec le [Co(salen)]2- O2 adduit échantillon, donc à ne pas déranger le culot.
  6. Éliminer délicatement la solution DMSO au-dessus du culot.
  7. Le tube à centrifuger en tenant à un angle de 45 ° avec le culot vers le haut, lentement ajouter 1 mL de CHCl3 avec une pipette, en permettant la solution au goutte à goutte sur le côté de la tube à centrifuger.
Faire extrêmement attention ne pas déranger le solide [Co(salen)]2- O2 adduit.
  • Observer les changements physiques qui se produisent.
  • [N,N'-Bis(salicylaldehyde)ethylenediimino]cobalt(II), en abrégé [Co(salen)]2, est un complexe organométallique, qui est utilisé pour étudier les métalloprotéines de transport de l’oxygène.

    Métalloprotéines comme l’hémoglobine peut lier réversiblement O2 et pour comprendre ce mécanisme, les complexes tels que [Co(salen)]2 sont étudiés.

    [Co(salen)] 2 existe sous deux formes : actifs et inactifs. La forme active compose d’un hétérodimère, où deux cobalt centres forment une très faible interaction de van-der-Waals, offrant suffisamment d’espace pour l’insertion de moléculaire O2 à l’état solide.

    Dans la forme inactive de [Co(salen)]2 le cobalt centres de chaque forme de molécule d’une liaison dative avec un atome d’oxygène sur une autre molécule. Cela diminue l’espace entre les unités et moléculaires de O2 ne peut pas tenir plus, sauf si un solvant coordination, comme le DMSO, est utilisé, ce qui facilite la stabilité de l’adduit.

    Cette vidéo illustre les principes de [Co(salen)]2, la synthèse de sa forme inactive et l’analyse de la liaison réversible à moléculaire O2.

    Moléculaire O2 peut coordonner de complexes de métaux de transition de plusieurs façons : côté, côté pont, fin- et fin pontage. Dans inactif [Co(salen)]2, O2 se coordonne pour les deux centres de cobalt dans une bout de pontage fashion et le DMSO coordination complète la sphère de coordination octaédrique de chaque centre de cobalt générant un complexe, 2:1 qui peut être expliqué en examinant le diagramme d’orbitales moléculaires de O2 et de la d -fendage diagramme d’orbitales [Co(salen)]2.

    L’oxygène a deux électrons non appariés dans le π * orbitale moléculaire, ce qui signifie un état triplet, tandis que [Co(salen)]2 possède un électron non apparié dans son orbitale moléculaire σ *.

    La liaison d’O2 à2 [Co(salen)] est une réaction d’oxydo-réduction, dans lequel deux centres de cobalt perdent un électron chacun et les gains de molécule de2 O deux électrons, formant un peroxyde (O2-2).

    Le rapport Co:O2 dans une réaction peut être déterminé en mesurant le volume d’O2 consommés dans un système fermé. En utilisant la Loi des gaz parfaits, on peuvent calculer les taupes de consommé O2 .

    En outre, la réversibilité de la liaison de2 O peut être étudiée par l’addition de CHCl3 au produit. CHCl3 est un solvant non coordinant, qui ne peut pas stabiliser l’O2 adduit. Par conséquent, ajout de CHCl3 à la [Co(salen)]2- O adduit2 conduit à une diminution de concentration de DMSO et exécute un push de la réaction dans le sens inverse, aboutissant à la libération d’O2.

    Maintenant que nous avons discuté des principes [Co(salen)]2, nous allons étudier une procédure pour la synthèse de sa forme inactive et son utilisation dans la consommation moléculaire O2.

    Sous une hotte, chargez une fiole de trois cou serrée 250 mL avec barre de remuer, éthanol à 95 % et salicylaldéhyde. Attacher un condensateur sur le cou de centre et un entonnoir de plus muni d’un septum sur des cous externes.

    Monter le troisième col de la fiole de 3-cou avec un septum et fixer une ligne de2 N vers le condenseur. Sous une atmosphère de2 N, remuer la réaction dans un bain d’eau à 80 ° C et ajouter l’éthylène diamine par seringue.

    Dans une fiole de distinct fond rond de 50 mL contenant une barre de remuer, ajoutez Co(OAc)2·4H2O et dissoudre dans 15 mL d’eau distillée.

    Une fois complètement dissous, transférer la solution d’acétate de cobalt dans l’entonnoir de l’addition et dégazer par propagation N2 dedans pendant 10 minutes.

    Lorsque dégazage est terminée, ajouter lentement la solution d’acétate de cobalt au mélange salicylaldéhyde vigoureusement agité. Puis remuer à reflux pendant 1 heure.

    Lorsque vous avez terminé, enlever le ballon de bain chauffant et enlever l’entonnoir du condenseur et de l’addition. Puis plonger le ballon dans un bain d’eau glacée pour faciliter la précipitation des [Co(salen)]2.

    Aspirateur filtre le précipité sur un papier filtre l’entonnoir Buchner et laver le rouge solide avec de l’éthanol froid. Sécher le solide, pesez-le et calculer que le pourcentage de rendement.

    Connecter une aiguille à une O2-bouteille de gaz avec la tuyauterie de Tygon. Puis doucement bulle O de2 à 5 mL de DMSO pendant 10 minutes.

    Joindre deux sections de 18 pouces du tuyau Tygon à chaque extrémité de la pipette graduée 10 mL verre. Serrez la pipette à un support de bague avec l’échelon le plus bas vers le haut. Ensuite, fixez un entonnoir de verre longues tiges à la pièce inférieure de tuyaux et fixer l’entonnoir sur le stand de l’anneau à l’aide de l’entonnoir vers le haut.

    Assurez-vous que le tube reliant la pipette et l’entonnoir constituent une forme en U. Ajouter l’huile minérale à l’entonnoir et le tube, jusqu'à ce que l’entonnoir est environ à moitié plein.

    Fixez un tube à essai tige latérale à la tubulure sur le dessus de la pipette et y ajouter [Co(salen)]2 .

    Transférer 2 mL d’O2-saturé de DMSO dans une éprouvette de 3 mL et, à l’aide d’une paire de pincettes, abaisser le tube à essai B dans test tube A sans renverser.

    Joint test tube A avec un septum en caoutchouc renforcé avec du fil de cuivre. Insérer une aiguille attachée au réservoir d’O2 dans le septum et purger pendant 10 minutes. Ensuite, retirer l’aiguille et la partie supérieure du septum pour éviter les fuites de graisse.

    Insérer une aiguille libre dans le septum de test tube A permettre à l’huile minérale atteindre la pipette en verre, tout en couvrant l’ouverture avec un doigt et en relâchant lentement la pression. Ensuite, retirer l’aiguille et recouvrir le dessus de la cloison avec de la graisse.

    Ajuster la hauteur de l’entonnoir et Pipeter afin que les niveaux d’huile s’alignent dans les deux pièces de verrerie et consigner le niveau d’huile dans la pipette.

    Libérez le DMSO de tube à essai B en pêche à la ligne le bras latéral de test tube A vers le plafond. Après avoir ajouté tous le DMSO, tenir le tube à essai à droite et faire tourner doucement.

    Continuer à secouer les tubes jusqu'à ce que le niveau d’huile dans les arrêts de la pipette à la hausse, ce qui signifie O2 est n’est plus consommé. Ensuite, réglez la hauteur de l’entonnoir afin que le niveau d’huile il est aligné avec le niveau d’huile dans la pipette. Enregistrer le nouveau niveau d’huile dans la pipette et la température de la pièce.

    Retirez le septum de test tube A et transférer le contenu dans un tube à centrifuger de 15 mL.

    Placer le tube dans une centrifugeuse à une position en face d’un tube transportant une quantité équivalente d’eau.

    Centrifuger les échantillons pendant au moins 15 minutes, puis retirer doucement le tube contenant le culot de2 [Co(salen)]. Décanter soigneusement le liquide sans déranger le culot.

    Maintenez le tube à centrifuger contenant le plomb à un angle de 45º et 1 mL de CHCl3 vers le bas de la paroi du tube à l’aide d’une seringue lentement goutte à goutte. Observer les changements physiques qui se produisent.

    Maintenant nous allons évaluer les résultats. Le rendement de la synthèse inactif [Co(salen)]2 est 2,4 g, soit 85 %. Le spectre infrarouge montre un pic à 1528 cm-1, qui est révélateur de l’étirement de la CN. En outre, l’absence d’un tronçon de O-H indique qu’aucun ligand libre n’est présent.

    59,2 mg [Co(salen)]2, qui est égal à 0,090 mmol, consommé 2 mL d’O2. En utilisant la Loi des gaz parfaits, pression et température enregistrée, le nombre de moles de 2 mL O2 a été établie à 0,082 mmol. Enfin, le nombre de mmol de Co [Co(salen)]2 a été déterminé et divisé par le nombre de mmol d’O2 pour obtenir le rapport de Co:O2, qui est 2:0.91.

    Réversibilité de la liaison de2 O a été démontrée en utilisant CHCl3, où lors de l’addition du solvant a diminué la concentration de DMSO, alors que l’équilibre de la réaction aux réactifs, résultant dans la version2 de O, comme a été observée chez propagation de la réaction et le changement de couleur rouge.

    Complexes de coordination peut être utilisés dans le domaine de la chimie et chimie bioinorganique afin d’étudier diverses métalloprotéines.

    Par exemple, l’hémoglobine protéine se compose de quatre sous-unités de protéine globulaire avec le groupe hème incorporé dans chacun, rendant difficile d’étudier le site actif de la protéine. Les espèces d’usemolecular des chimistes inorganiques synthétiques, tels que [Co(salen)]2, aux sites actifs de modèle dans les métalloprotéines, cependant, la réplication de la structure et la réactivité sont souvent difficile, en raison des différences dans les structures électroniques entre composés simples de coordination et de métal entouré des superstructures de protéine.

    L’épichlorhydrine est un réactif chimique consistant en un époxyde et un chlorure d’alkyle. Il est utilisé dans la fabrication de résines époxy et autres élastomères. Cependant, malgré sa polyvalence, il est difficile de produire de l’épichlorhydrine énantiopurs.

    Pour séparer des mélanges racémiques d’épichlorhydrine, salen chiraux complexes peuvent être utilisés. Par exemple, dans une résolution cinétique hydrolytique des époxydes, l’épichlorhydrine racémique est traitée avec un ligand salen chiraux polystyrène-prise en charge en présence d’eau, ce qui conduit à l’hydrolyse de l’un des énantiomères. Les énantiomères peuvent être séparés et le catalyseur de polymère-prise en charge peut être filtré hors du mélange réactionnel et réutilisé.

    Vous avez juste regardé introduction de JoVE [Co(salen)]2. Vous devez maintenant comprendre ses principes, la procédure et certaines de ses applications. Merci de regarder !

    Results

    Caractérisation des inactifs [Co(salen)]2:

    Figure 1

    IR (cm-1) recueillies sur l’attachement de la RTA : 2357 (w), 1626 1602 (w), (m), 1542 (w), 1528 (m), 1454 1448 (w), (m), 1429 (m), 1348 (w), 1327 1323 (w), (m), 1288 (m), 1248 (w), 1236 (w), 1197 (m), 1140 (m), 1124 (m), 1089 1053 (w), (m), 1026 (w) , 970 (w), 952 (w), 947 (w), 902 (m), 878 (w), 845 (w), 813 (w), 794 (w), 750 (s), 730 (s).

    O2 absorption :

    59,2 mg (0,090 mmol) [Co(salen)]2 consommés 0,002 L O2. À l’aide de pression et la température enregistrée à l’étape 3.6, a été le nombre de moles de O2 consommés :

    Equation 1

    Les taupes calculées de Co en 0,090 mmol de [Co(salen)]2:

    Equation 2

    Par conséquent, le ratio de2 Co:O était :

    0,180 mmol Co : 0,082 mmol O2

    ce qui équivaut à un ratio de 2:0.91 de Co O2.

    Ajout de CHCl3 [Co(salen)]2– O2 adduit :

    Lors de l’addition de CHCl3, la solution de3 CHCl est devenu rouge et un flot de bulles a été libéré de la matière solide, indiquant la version de gaz2 O et formation d’inactif [Co(salen)]2.

    Applications and Summary

    Dans cette vidéo, nous explique les différentes façons que l’oxygène diatomique peut coordonner à métal ou plusieurs centres. Nous avons synthétisé les oxyphorique cobalt complexes [Co(salen)]2 et étudié sa liaison réversible avec O2. Nous avons démontré expérimentalement qu’inactif [Co(salen)]2 se lie réversiblement O2 et formes une de 2:1 Co:O2 adduit en présence de DMSO.

    Tous les vertébrés reposent sur l’hémoglobine, une protéine trouvée dans les globules rouges, afin de transporter l’oxygène vers les organes respiratoires ainsi que d’autres tissus. L’hémoglobine, oxygène lie réversiblement à un groupe hème qui dispose d’un seul centre de Fe coordonné à un hétérocycle appelé une porphyrine (Figure 6 a). Hémoglobine n’est pas la seule protéine transporter l’oxygène et le stockage. Par exemple, les mollusques possèdent une protéine appelée hémocyanine, qui dispose d’un site actif dicopper qui est responsable du transport de l’oxygène (Figure 6 b).

    À l’aide des espèces moléculaires synthétiques aux sites actifs de modèle dans les métalloprotéines est difficile en raison des différences distinctes dans la structure électronique d’un simple composé de coordination par rapport à celle d’un métal entouré d’une superstructure de protéine. En conséquence, il est souvent difficile de reproduire avec précision la structure du site actif dans les métalloprotéines. Bien qu’il existe des exemples de complexes de modèle qui imitent structurellement métalliques sites actifs, il y a moins d’exemple de complexes de modèle structurellement semblables qui présentent une réactivité inhérente à la métalloenzyme native.

    Figure 6
    Figure 6. (un) Fe le centre dans l’hémoglobine lie à O2 dans un mode bout, tandis que (b), le site d’actif contenant cuivre dans l’hémocyanine lie d’O2 dans une raccordement côté-sur l’orientation.

    References

    1. Niederhoffer, E. C., Timmons, J. H., Martell, A. E. Thermodynamics of Oxygen Binding in Natural and Synthetic Dioxygen Complexes. Chem Rev. 84, 137-203 (1984).
    2. Appleton, T. G. Oxygen uptake by cobalt(II) complex. An undergraduate experiment. J Chem Educ. 54 (7), 443 (1977).
    3. Ueno, K., Martell, A. E. Infrared Studies on Synthetic Oxygen Carriers. J Phys Chem.60, 1270–1275 (1956).

    1. synthèse des inactifs [Co(salen)]2

    1. Charger un ballon à fond rond 250 mL 3-cou avec 120 mL de 95 % EtOH et 2,20 g (0,192 mL, mol 0,018) du salicylaldéhyde.
    2. Monter le cou de centre avec un condensateur connecté au N2. Monter les deux autres cols avec un septum en caoutchouc et d’un entonnoir de plus muni d’un septum en caoutchouc.
    3. Agiter la réaction dans un bain-marie et chauffer la solution à reflux (80 ° C).
    4. Ajouter l’éthylène diamine (0,52 g, mL 0,58, mol 0.0087) par l’intermédiaire de seringue à travers le septum de ballon à fond rond.
    5. Dans un ballon à fond rond 50 mL, préparer une solution de Co(OAc)2·4H2O (2,17 g, 0.0087 mol) dans 15 mL d’eau distillée. Chauffer la solution dans le même bain de l’eau contenant le ballon 3-cou pour s’assurer que l’ensemble de l’acétate de cobalt se dissout.
    6. Ajouter la solution d’acétate de cobalt à l’entonnoir de l’addition.
    7. Dégazer la solution d’acétate de cobalt par propagation N2 à travers le liquide dans l’entonnoir d’addition pour 10 min (voir la vidéo de « Synthèse d’un TI métallocène utilisant Schlenk ligne Technique » pour une procédure plus détaillée sur la purge des liquides). L’adaptateur de2 condensateur N doive être fermé afin de permettre la N2 à bouillonner à travers la solution d’acétate de cobalt.
      Remarque : Ne jamais chauffer un système fermé ! S’assurer d’évacuer le système au cours de dégazage.
    8. Ajouter lentement la solution d’acétate de cobalt (II) (~ 1 goutte/s), en remuant vigoureusement le mélange d’éthanol. Sans remuer, suffisant, un précipité chunky formera qui peut se bloquer la barre de remuer.
    9. Une fois que tout l’acétate de cobalt a été ajouté, remuer la réaction à reflux pendant 1 h.
    10. Éteindre la plaque chauffante et enlever le ballon à fond rond 3-col du bain-marie.
    11. Enlever l’entonnoir condenseur et ajout du flacon. Plongez la fiole dans un bain de glace afin de faciliter la précipitation des [Co(salen)]2.
    12. Filtrer la solution sous vide pour isoler le solide et laver le solide résultant rouge avec de l’éthanol froid.
    13. Isoler le solide. Calculer le rendement de la réaction et de recueillir un IR de la [Co(salen)]2. Assurez-vous que le [Co(salen)]2 est sec avant de l’utiliser dans la réaction d’absorption2 O.

    2. matériel et installation pour O2 absorption (Figure 5)1

    Remarque : Il est très important que le système ne fuit pas. Une fuite dans le système conduira à une plus faible que prévu Co:O2 ratio.

    1. Connecter une aiguille à une bouteille de gaz O2 (ultra haute pureté) avec tuyau Tygon. Doucement des bulles O de2 à 5 mL de DMSO pendant au moins 10 min.
    2. Tandis que le DMSO étant saturé d’O2, insérer les deux extrémités d’une pipette jaugée de 10 mL en verre avec Tygon tube (chaque 1,5 pi de long).
    3. Attacher un entonnoir de verre à l’un des morceaux de tuyaux Tygon.
    4. Fixer la pipette de verre et l’entonnoir à un support de bague de sorte que l’entonnoir est vers le haut et le tube forme un U ( Figure 5).
    5. Remplir la pipette et entonnoir à huile minérale. Ajouter l’huile dans l’entonnoir, en s’assurant que l’huile remplit également le tube relié à la pipette. Continuez à ajouter de l’huile jusqu'à ce que l’entonnoir est rempli à mi-chemin vers le haut de l’entonnoir. Ne laissez pas l’huile trop étroite vers le haut de l’entonnoir, comme l’O2 barbotage de l’entonnoir peut causer aux éclaboussures si la cheminée est trop pleine.
    6. Attacher l’extrémité ouverte du tube, un tube à essai côté-bras (test tube A).
    7. Ajouter 50 mg (0,077 mmol) de l’inactif [Co(salen)]2 dans l’éprouvette tige latérale, un contact avec la pipette de verre.
    8. Ajouter 2 mL du DMSO saturé d’O2 dans une éprouvette de 3 mL (éprouvette B).
    9. Utiliser une paire de pince à épiler pour tube à essai légèrement inférieur B dans le tube à essai A, en veillant à ne pas se répandre tout le DMSO. Il est important de ne pas exposer le [Co(salen)]2 le DMSO à ce stade.
    10. Sceller le test tube A avec un septum en caoutchouc. Câbler le septum pour empêcher les fuites.
    11. Insérer l’aiguille reliée au réservoir de gaz O2 dans le septum et purger le système avec O2 pendant 10 min.
    12. Retirer l’aiguille de2 O et graissez la partie supérieure du septum en caoutchouc pour éviter les fuites.
    13. Certains de la pression dans l’installation devront être libéré pour obtenir l’huile dans la pipette de verre. Pour ce faire, insérez une aiguille libre dans le septum en caoutchouc sur le tube à essai A. couvrir l’ouverture avec un doigt puis relâcher lentement la pression dans l’installation. N’oubliez pas de couvrir le nouveau trou avec de la graisse pour éviter les fuites.
    14. Déplacer la pipette de verre et de l’entonnoir afin que les niveaux d’huile s’alignent dans les deux pièces de verrerie.
    15. Enregistrer le niveau de volume d’huile dans la pipette de verre.

    Figure 5
    Figure 5. O installation d’appareil de capture2 .

    3. réaction de l’absorption de2 O

    1. Ajouter le DMSO à la solide [Co(salen)]2 en inclinant doucement les tubes à essai, en vous assurant qu’aucun de la solution ne pénètre dans le bras de coté du tube à essai A.
    2. Après avoir ajouté tous le DMSO, tenir le haut du tube à essai et mélanger doucement la solution en secouant le tube à essai en arrière.
      NOTE : Ne pas utiliser l’accumulation sur et bas mouvement secouant. Entrechoquent trop violemment les deux tubes à essai peut conduire à la rupture de l’éprouvette A.
    3. Continuer à agiter doucement les tubes à essai à la main jusqu'à ce que le niveau d’huile dans la pipette s’arrête la hausse (environ 15-20 min).
    4. Une fois que la consommation de2 O cesse, passer la pipette et entonnoir de telle sorte que l’huile de la ligne vers le haut.
    5. Enregistrer le nouveau niveau de volume de l’huile dans la pipette de verre. La différence de volume représente le volume d’O2 consommés au cours de la réaction à l’atmosphère (1 atm) pression.
    6. Noter la température de la pièce.

    4. O2 libération de [Co(salen)]2 - O2 adduit

    1. Transférer la solution de DMSO résultante de l’étape 3 dans un tube à centrifuger 15 mL.
    2. Remplir un deuxième tube à essai avec une quantité équivalente d’eau.
    3. Insérer les tubes à essai en face de l’autre dans une centrifugeuse.
    4. Centrifuger l’échantillon pendant au moins 15 minutes. La qualité de granulés solides qui en résulte s’améliore avec le temps de centrifugation.
    5. Retirez doucement le tube à essai avec le [Co(salen)]2- O2 adduit échantillon, donc à ne pas déranger le culot.
    6. Éliminer délicatement la solution DMSO au-dessus du culot.
    7. Le tube à centrifuger en tenant à un angle de 45 ° avec le culot vers le haut, lentement ajouter 1 mL de CHCl3 avec une pipette, en permettant la solution au goutte à goutte sur le côté de la tube à centrifuger.
    Faire extrêmement attention ne pas déranger le solide [Co(salen)]2- O2 adduit.
  • Observer les changements physiques qui se produisent.
  • [N,N'-Bis(salicylaldehyde)ethylenediimino]cobalt(II), en abrégé [Co(salen)]2, est un complexe organométallique, qui est utilisé pour étudier les métalloprotéines de transport de l’oxygène.

    Métalloprotéines comme l’hémoglobine peut lier réversiblement O2 et pour comprendre ce mécanisme, les complexes tels que [Co(salen)]2 sont étudiés.

    [Co(salen)] 2 existe sous deux formes : actifs et inactifs. La forme active compose d’un hétérodimère, où deux cobalt centres forment une très faible interaction de van-der-Waals, offrant suffisamment d’espace pour l’insertion de moléculaire O2 à l’état solide.

    Dans la forme inactive de [Co(salen)]2 le cobalt centres de chaque forme de molécule d’une liaison dative avec un atome d’oxygène sur une autre molécule. Cela diminue l’espace entre les unités et moléculaires de O2 ne peut pas tenir plus, sauf si un solvant coordination, comme le DMSO, est utilisé, ce qui facilite la stabilité de l’adduit.

    Cette vidéo illustre les principes de [Co(salen)]2, la synthèse de sa forme inactive et l’analyse de la liaison réversible à moléculaire O2.

    Moléculaire O2 peut coordonner de complexes de métaux de transition de plusieurs façons : côté, côté pont, fin- et fin pontage. Dans inactif [Co(salen)]2, O2 se coordonne pour les deux centres de cobalt dans une bout de pontage fashion et le DMSO coordination complète la sphère de coordination octaédrique de chaque centre de cobalt générant un complexe, 2:1 qui peut être expliqué en examinant le diagramme d’orbitales moléculaires de O2 et de la d -fendage diagramme d’orbitales [Co(salen)]2.

    L’oxygène a deux électrons non appariés dans le π * orbitale moléculaire, ce qui signifie un état triplet, tandis que [Co(salen)]2 possède un électron non apparié dans son orbitale moléculaire σ *.

    La liaison d’O2 à2 [Co(salen)] est une réaction d’oxydo-réduction, dans lequel deux centres de cobalt perdent un électron chacun et les gains de molécule de2 O deux électrons, formant un peroxyde (O2-2).

    Le rapport Co:O2 dans une réaction peut être déterminé en mesurant le volume d’O2 consommés dans un système fermé. En utilisant la Loi des gaz parfaits, on peuvent calculer les taupes de consommé O2 .

    En outre, la réversibilité de la liaison de2 O peut être étudiée par l’addition de CHCl3 au produit. CHCl3 est un solvant non coordinant, qui ne peut pas stabiliser l’O2 adduit. Par conséquent, ajout de CHCl3 à la [Co(salen)]2- O adduit2 conduit à une diminution de concentration de DMSO et exécute un push de la réaction dans le sens inverse, aboutissant à la libération d’O2.

    Maintenant que nous avons discuté des principes [Co(salen)]2, nous allons étudier une procédure pour la synthèse de sa forme inactive et son utilisation dans la consommation moléculaire O2.

    Sous une hotte, chargez une fiole de trois cou serrée 250 mL avec barre de remuer, éthanol à 95 % et salicylaldéhyde. Attacher un condensateur sur le cou de centre et un entonnoir de plus muni d’un septum sur des cous externes.

    Monter le troisième col de la fiole de 3-cou avec un septum et fixer une ligne de2 N vers le condenseur. Sous une atmosphère de2 N, remuer la réaction dans un bain d’eau à 80 ° C et ajouter l’éthylène diamine par seringue.

    Dans une fiole de distinct fond rond de 50 mL contenant une barre de remuer, ajoutez Co(OAc)2·4H2O et dissoudre dans 15 mL d’eau distillée.

    Une fois complètement dissous, transférer la solution d’acétate de cobalt dans l’entonnoir de l’addition et dégazer par propagation N2 dedans pendant 10 minutes.

    Lorsque dégazage est terminée, ajouter lentement la solution d’acétate de cobalt au mélange salicylaldéhyde vigoureusement agité. Puis remuer à reflux pendant 1 heure.

    Lorsque vous avez terminé, enlever le ballon de bain chauffant et enlever l’entonnoir du condenseur et de l’addition. Puis plonger le ballon dans un bain d’eau glacée pour faciliter la précipitation des [Co(salen)]2.

    Aspirateur filtre le précipité sur un papier filtre l’entonnoir Buchner et laver le rouge solide avec de l’éthanol froid. Sécher le solide, pesez-le et calculer que le pourcentage de rendement.

    Connecter une aiguille à une O2-bouteille de gaz avec la tuyauterie de Tygon. Puis doucement bulle O de2 à 5 mL de DMSO pendant 10 minutes.

    Joindre deux sections de 18 pouces du tuyau Tygon à chaque extrémité de la pipette graduée 10 mL verre. Serrez la pipette à un support de bague avec l’échelon le plus bas vers le haut. Ensuite, fixez un entonnoir de verre longues tiges à la pièce inférieure de tuyaux et fixer l’entonnoir sur le stand de l’anneau à l’aide de l’entonnoir vers le haut.

    Assurez-vous que le tube reliant la pipette et l’entonnoir constituent une forme en U. Ajouter l’huile minérale à l’entonnoir et le tube, jusqu'à ce que l’entonnoir est environ à moitié plein.

    Fixez un tube à essai tige latérale à la tubulure sur le dessus de la pipette et y ajouter [Co(salen)]2 .

    Transférer 2 mL d’O2-saturé de DMSO dans une éprouvette de 3 mL et, à l’aide d’une paire de pincettes, abaisser le tube à essai B dans test tube A sans renverser.

    Joint test tube A avec un septum en caoutchouc renforcé avec du fil de cuivre. Insérer une aiguille attachée au réservoir d’O2 dans le septum et purger pendant 10 minutes. Ensuite, retirer l’aiguille et la partie supérieure du septum pour éviter les fuites de graisse.

    Insérer une aiguille libre dans le septum de test tube A permettre à l’huile minérale atteindre la pipette en verre, tout en couvrant l’ouverture avec un doigt et en relâchant lentement la pression. Ensuite, retirer l’aiguille et recouvrir le dessus de la cloison avec de la graisse.

    Ajuster la hauteur de l’entonnoir et Pipeter afin que les niveaux d’huile s’alignent dans les deux pièces de verrerie et consigner le niveau d’huile dans la pipette.

    Libérez le DMSO de tube à essai B en pêche à la ligne le bras latéral de test tube A vers le plafond. Après avoir ajouté tous le DMSO, tenir le tube à essai à droite et faire tourner doucement.

    Continuer à secouer les tubes jusqu'à ce que le niveau d’huile dans les arrêts de la pipette à la hausse, ce qui signifie O2 est n’est plus consommé. Ensuite, réglez la hauteur de l’entonnoir afin que le niveau d’huile il est aligné avec le niveau d’huile dans la pipette. Enregistrer le nouveau niveau d’huile dans la pipette et la température de la pièce.

    Retirez le septum de test tube A et transférer le contenu dans un tube à centrifuger de 15 mL.

    Placer le tube dans une centrifugeuse à une position en face d’un tube transportant une quantité équivalente d’eau.

    Centrifuger les échantillons pendant au moins 15 minutes, puis retirer doucement le tube contenant le culot de2 [Co(salen)]. Décanter soigneusement le liquide sans déranger le culot.

    Maintenez le tube à centrifuger contenant le plomb à un angle de 45º et 1 mL de CHCl3 vers le bas de la paroi du tube à l’aide d’une seringue lentement goutte à goutte. Observer les changements physiques qui se produisent.

    Maintenant nous allons évaluer les résultats. Le rendement de la synthèse inactif [Co(salen)]2 est 2,4 g, soit 85 %. Le spectre infrarouge montre un pic à 1528 cm-1, qui est révélateur de l’étirement de la CN. En outre, l’absence d’un tronçon de O-H indique qu’aucun ligand libre n’est présent.

    59,2 mg [Co(salen)]2, qui est égal à 0,090 mmol, consommé 2 mL d’O2. En utilisant la Loi des gaz parfaits, pression et température enregistrée, le nombre de moles de 2 mL O2 a été établie à 0,082 mmol. Enfin, le nombre de mmol de Co [Co(salen)]2 a été déterminé et divisé par le nombre de mmol d’O2 pour obtenir le rapport de Co:O2, qui est 2:0.91.

    Réversibilité de la liaison de2 O a été démontrée en utilisant CHCl3, où lors de l’addition du solvant a diminué la concentration de DMSO, alors que l’équilibre de la réaction aux réactifs, résultant dans la version2 de O, comme a été observée chez propagation de la réaction et le changement de couleur rouge.

    Complexes de coordination peut être utilisés dans le domaine de la chimie et chimie bioinorganique afin d’étudier diverses métalloprotéines.

    Par exemple, l’hémoglobine protéine se compose de quatre sous-unités de protéine globulaire avec le groupe hème incorporé dans chacun, rendant difficile d’étudier le site actif de la protéine. Les espèces d’usemolecular des chimistes inorganiques synthétiques, tels que [Co(salen)]2, aux sites actifs de modèle dans les métalloprotéines, cependant, la réplication de la structure et la réactivité sont souvent difficile, en raison des différences dans les structures électroniques entre composés simples de coordination et de métal entouré des superstructures de protéine.

    L’épichlorhydrine est un réactif chimique consistant en un époxyde et un chlorure d’alkyle. Il est utilisé dans la fabrication de résines époxy et autres élastomères. Cependant, malgré sa polyvalence, il est difficile de produire de l’épichlorhydrine énantiopurs.

    Pour séparer des mélanges racémiques d’épichlorhydrine, salen chiraux complexes peuvent être utilisés. Par exemple, dans une résolution cinétique hydrolytique des époxydes, l’épichlorhydrine racémique est traitée avec un ligand salen chiraux polystyrène-prise en charge en présence d’eau, ce qui conduit à l’hydrolyse de l’un des énantiomères. Les énantiomères peuvent être séparés et le catalyseur de polymère-prise en charge peut être filtré hors du mélange réactionnel et réutilisé.

    Vous avez juste regardé introduction de JoVE [Co(salen)]2. Vous devez maintenant comprendre ses principes, la procédure et certaines de ses applications. Merci de regarder !

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