Влияние внешней сферы на внутрисферную связевую нитрито-нитроизомеризацию в твердых нитритопентааммиакатах кобальта (III) тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.21 ВАК РФ

1. ВВЕДЕНИЕ.1

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.6

2.1. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СФЕРЫ НА СВОЙСТВА КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ----7

2.1.1. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СФЕРЫ НА СВОЙСТВА КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИИ

В РАСТВОРЕ.7

2.1.2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СФЕРЫ НА СВОЙСТВА КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ, РЕАКЦИОННАЯ ПОЛОСТЬ.10

2.2. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В КРИСТАЛЛАХ.15

2.2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ И ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ КРИСТАЛЛАХ.15

2.2.2. ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ.19

2.2.3. СИСТЕМЫ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ. ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ И УПАКОВКИ.27

2.2.4. ВОЗМОЖНЫЕ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ^-ГРУППЫ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ.31

2.3. ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ [Со(1Ш ) <0Ж)/1Ю >]ХУ. .34

Э /

2.3.1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ.34

2.3.2. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА.36

2.3.3. СПЕКТРОСКОПИЯ.38

2.3.3.1. ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ.38

2.3.3.2. ИК СПЕКТРОСКОПИЯ.39

2.3.3.3. КР СПЕСТРОСКОПИЯ.43

2.3.4. ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ СОЕДИНЕНИИ [Со(ИН )с<0Ж)/1ГО >]ХУ43

3 2

2.3.4.1. ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ

Со (1Ш ) 01ГО] XV -> [Со(ИН ) N0 ] ХУ.43

О Э О О ¿л

2.3.4.2. ФОТОХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ

Со(ИН ) 0110] ХУ [Со(1Ш ) N0 ] ХУ.46

О О О V 4Ы

2.3.5. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИКИ ВЗАИМНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

Со(ЛН ) ОЖ)]ХУ И [Со (ЛН ) N0 ] XУ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ.48

О э «э э ^

2.4. ВЫВОДЫ ИЗ ОБЗОРА ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.52

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.53

3.1. ПОЛУЧЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. . .53

3.2. ИК СПЕКТРОСКОПИЯ.53

3.3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ.•.54

3.4. ПРОВЕРКА ГОМОГЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ИЗОМЕРИЗАЦИИ.54

3.5. КИНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ.69

3.6. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ КИНЕТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИИ.69

3.7. ИСКЛЮЧЕНИЕ ОШИБКИ, СВЯЗАННОЙ С ВОЗМОЖНЫМ ПРОТЕКАНИЕМ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ДО НАЧАЛА СЪЕМКИ КИНЕТИЧЕСКОЙ СЕРИИ.71

3.8. КРИСТАЛЛОСТРУКТУРНЫИ АНАЛИЗ.72

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ.76

4.1. КРИСТАЛЛОСТРУКТУРНЫИ АНАЛИЗ.76

4.2. КИНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ.95

5. ВЫВОДЫ.105

1. Басоло Ф., Пирсон Р.Г. — "Механизмы неорганических реакций" — М.:Мир, 1971, 592с.;

2. Гаммет JI. — "Основы физической органической химии" — » М. : Мир, 1972, 536 е., с.448-499 (Hammett L.P. — "Physical organic chemistry. Reaction rates, equilibria and mechanisms" McGraw-Hill, 1970);

3. Bernstein J. — "Conformational polymorphism" — in "Organic Solid State Chemistry", ed. G.Desiraju, Studies in Organic Chemistry, v.32, Amsterdam, Elsevier, 1987, p.471-518;

4. Bishop D.M. — "Effect o-f the Surrounding on Atomic and Molecular Properties" — Int. Rev. Pnys . Chem., 1994, v. 13, N1, P.21- 39;

5. Zamarayev K. — "Chemistry in the second coordination sphere of metal complexes" — New J. Chem., 1994, v.18, N.l, P.3-16;

6. Cheetham A.K. — "Diffraction methods" — in Solid State Chemistry Techniques, Cheetham A.K. and Day P. editors, Oxford, Oxford University Press / Clarendon Press, 1988, pp.39-83;

7. Ohashi Y., Uchida A., Sekine A. — In "Reactivity of Molecular Crystals", ed. by Y.Ohashi, Tokyo: Kodansha; Weinheim; New York; Cambridge; Basel; VCH, 1993, P.115-153;

8. Desiraju G.R. — "Chemistry of the Solid State", Elsevier, Amsterdam, 1986;

9. Desiraju G.R. — "Crystal Engineering. The Design of Organic Solids" — Elsevier, Amsterdam, 1989;

10. Болдырева E.B. — "0 некоторых проблемах исследования реакций комплексных соединений в твердой фазе" — Изв. СО АН СССР, 1982, сер. хим. наук, вып.5, С.18-27;

11. Pearson R.G., Henry P.M., Bergmann J.G., Basolo F. — "Mechanisms of substitution reactions of complex ions.Formation of nitrito- and nitrocobalt(III) complexes" — J. Am. Chenv. Soc. , 1956, v.76, P.5920-5923;

12. Murmann R.K., Taube H. — "The mechanism of the formation and rearrangement of nitrocobalt(III) ammines" — J. Am. Chem. Soc., 1956, v.78, P.4886-4890;

13. Grenthe I., Nordin E. — "Nitrito-nitro linkage isomerisation in the solid state. 2. A comparative study of the structures of nitrito- and nitropentaamminecobalt(III) dichloride" — Inorg. Chem., 1979, v.18, P.1869-1874;

14. Werner A. — Ann. Chem., Springer, 1912, 386, P.I;

15. Werner A. — "Inorganic Chemistry" — Springer, 1913;

16. Beck M.T. — Coord. Chem. Rev. 1968, N3, P. 91;

17. Макашов Ю.А., Миронов B.E.— Успехи химии, 1980/ т.49, с.1188;

18. Zeuitaui Y., Inoue К., Yasuoke N., Kasai N. — Bull. Chem. Soc. Jpn., 1976, 49, p.1531;

19. Николаев В.П., Бутман A.A., Порай-Кошиц M.A., Сокол В.И., Авилов В.А., Моисеев И.И. — Координационная химия, 1979, N5, с.88 2;

20. Степанов А.Г. — Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук — Новосибирск, 1986, Институт Катализа;

21. Nekipelov V.M. , Zamaraev K.I. .— Coord. Chem. Rev., 1985, N61, p.185;

22. Fulton G.P., La Mar G.N. — J. Am. Chem. Soc., 1976, N98, p.2124;

23. Fulton G.P., La Mar G.N. — J. Am. Chem. Soc,, 1976, N98, p.7137;

24. Замараев К.И., Китайгородский А.Н. — Координационная химия, 1980, N6, с,563;

25. Stepanov A.G. Nekipelov V.M., Zamaraev K.I. — J. Magn.

26. Eaton D.R. — Canad. J. Chem., 1969, N47, p.2645;

27. Eaton D.R., Ohorodnyk H.O., Seville L. — Canad. J. Chem, 1971, N49, p.1218;

28. Eaton D.R., Chua V.L. — Canad. J. Chem., 1973, N51, p.4137;

29. Талзи Е.П., Некипелов В.M., Козырев H.В., Замараев К.И. — Журнал структурной химии, 1982, т.23, с.158;

30. Китайгородский А.Н., Некипелов В.М., Баевский А.В., Рухадзе Е.Г. —Координационная химия, 1980, N6, с.111;

31. Bell R.P. — Trans. Faraday Soc., 1939, N27, p.797;

32. Debye P. — "Polar Molecules" -- NY, Chemical Catalog, 1929;

33. Kirkwood J.G. — J. Chem. Phys., 1939, N7, 991;

34. Onsager L. — J. Am. Chem. Soc., 1936, N58, 1486;

35. Rabinowitch E., Wood W. — Trans. Faraday Soc., 1936, N32, 1381;

36. Bamford C., Tipper C. (Eds.) — "Comprehensive Chemical Kinetics" — Elsevier, 1969, v.2, chp.4, p.302-376;

37. Boldyrev V.V. — Int. J. Rad. Phys. and Chem., 1971, N3, p.155;

38. Салихов К.M., Медвинский А.А., Болдырев В.В. — Химия высоких энергий, 1967, N1, с.381;

39. Schmidt G.M.J. — "Photochemistry of the Solid State" — NY, Interscience, 1967;

40. Cohen M.D. — Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1975, N14, p.386-393;

41. Ohashi Y., Yanagi K., Kurihara T. Sasada Y., Ohgo Y. — J. Am. Chem. Soc., 19S2, v.104, p.6353-6359;

42. Ohashi Y., Uchida A., Sasada Y., Ohgo, Y. — Acta Cryst., 1982, B39, p.54-61;

43. Ohashi Y. — Acc. Chem. Res., 1988, 21, p.268-274;

44. Gavezzotti A., Bianchi R. — Chem. Phys. Lett., 1986, v.128, p.295-299;

45. Gavezzotti A. — Acta Cryst., 1987, B43, p.559-562;

46. Gavezzotti A. — Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Opt., 1987, V.156A, p.25-34;

47. Uchida A., Dunitz J. —Acta Cryst., 1990, B46, p.45-54;

48. Ramamurthy V. , Venkatesan K. — Chem. Rev., 1987, v.87, N2, p.433- 481;

49. Murthy G.S., Arjunan P., Venkatesan K., Ramamurthy V. * — Tetrahedron, 1987, v.43, N7, 1225-1240;

50. Weiss R.G., Ramamurthy V., Hammond G.S. — Acс. Chem. Res., 1993, v.26, p.530-536;

51. Мелвин-Хьюз Э.А.— "Физическая химия" — M., ИЛ, 1962, кн.1, 520с. ;

52. Ферми Э. — "Молекулы и кристаллы" — М., ИЛ, 1947, 268с.;

53. Gavezzotti A., Simonetta М. — "Crystal Chemistry in organic solids" — Chem.Rev,, 1982, 82, 1, p.1-13.;

54. Allen F.H., Bel lard S., Brice M.D. et al. — "The Cambridge Crystal 1ographiс Data Centre: Computer-Based Search, Retrieval, Analysis and Display of Information" — Acta Cryst., 1979, B35, pp.2331-2339;

55. Taylor R., Nullaley A., Mullier G.W. — "Use of Crystal 1ographic Data in Search for Isosteric replacements: Composite Crystal-Field Environments of Nitro and Carbonyl Groups" — Pestic.Sci., 1990, v.29, p.197-213;

56. Bernstein J., Davis R.E., Shimoni L., Chang N.-L. — "Graph-Set Analysis of Hydrogen-Bond Patterns in OrganicCrystals. A Guide for the Perplexed" — Angew. Chem., Int. Ed. Eng., 1994;

57. Уэллс А.Ф.— "Структурная неорганическая химия" — т.2, М. , Мир, 1987, 696 с.;

58. Florian J., Scheiner S. — "Variation of Atomic Charges during Proton Transfer in Hydrogen Bonds" — Journal of Computational Chemistry, 1994, v.15, N5, p.553-560;

59. Pimentel G.C. — "Hydrogen Bonding and Electronic Transitions: the Role of the Franck-Condon Principle" — J. Am. Chem. Soc., 1957, v.79, N13, p.3323-3326;

60. Пиментел Дж., МакКлеллан 0. — "Водородная связь" — М., Мир, 1964, 464с.;

61. Коробков B.C. — "0 спектроскопических критериях водородной связи" — в кн. "Применение молекулярной спектроскопии в химии", М. , Наука, 1966., с. 159-169;

62. Llamas-Saiz A.L., Foces-Foces С., Mo 0., Yanez M.,Elguero J. — "Nature of the Hydrogen Bond: Crystal 1ographic2versus Theoretical Description of the O—H-N(sp ) Hydrogen Bond" — Acta Cryst., 1992, B48, p.700-713;

63. Gavezzotti A,, Filippini G. — "Geometry of the Intermolecular X-H»»tY (X,Y,=N,0) Hydrogen Bond and the Calibration of Empirical Hydrogen-Bond Potentials" — J.Phys.Chem., 1994, v.9S, p.4831-4837;

64. Gavezzotti A,, J. Am. Chem. Soc., 1991, v.113, p.4622;

65. Bernstein J., Etter M.C., Leiserowitz L. — "The Role ofHydrogen Bonding in Molecular Assemblies" — in "Structure Correlation", ed. by H.-B.Buergi and J.D.Dunitz, vol.2, VCH, Weinheim, 1994, pp.431-507;

66. Jorgensen S.M. — "Zur Darstellung von Xanthokobaltsalzen und über eine mit denselben isomere Salzreihe" — Z.Anorg.Chem., 1893, Bd.5, S.168-174;

67. Hitchmann M.A., Rowbottom G.L. — "Transition metal nitrite complexes" — Coord.Chem.Rev., 1982, v.42, p.55-132;

68. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. — Kobalt (SN 58) — 1930, Teil B, s.136;

69. Walton H.F. — "Inorganic preparation" — N.Y., 1948, p.92.

70. Mori M. — Inorg.Synth., 1957, v.5, p. 131;

71. Nordin E. — "A Reinvestigation of the Structure of Pentaammine-nitritochromium(III) Dichloride at 245 K" — Acta Cryst., 1978, Bd,34, s.2285;

72. Ephraim F. — Berichte Deutsch-Chem. Gesellschaft, 1923, Bd.56, s.1530;

73. Adell B. — "Die Geschwindigkeit der Rückwandlung von bestrahltem festem Nitropentaamminekobalt" — Z.anorg.allg. Chem., 1955, Bd.279, s.219-224;

74. Wenatlandt W.W., Woodlock J.H. — "The nitro —> nitrito transition in nitropentaamminecobalt(III) complexes" — J.Inorg.Nuc1.Chem., 1965, v.27, p.259-260;

75. Johnson D.A., Pashman K.A. — "Low temperature transientsin the solid state photochemical linkage isomerization ofCo (NH ) N0 .C1 " — Inorcr. Nuc 1 . Chem . Lett. , 1975, v.11, 3 5 2 2p.23-28;

76. Cotton F.A., Edwards W.T. — "The crystal and Molecular Structure of Nitropentaamminecobalt(III) Bromide" — Acta Cryst., 1968, v.24, p.474;

77. Ливер Э, — "Электронная спектроскопия неорганическихсоединений" (2 т.) — М., Мир, 1987, т.1 49бс., т. 2 -448с; .

78. Banerjee A., Simons J. — "Electronic spectroscopy in con—densed media: the lowest n-7U transition of the solvated nitrite anion" — J.Chem.Phys., 1979, v.71, N1, p.60-67;

79. Penland R.B., Lane T.J., Quagliano J.V. — "Infrared Absorption Spectra of Inorganic Coordination Complexés. VII. Structural Isomerism of Nitro- and Nitritopentaammine-cobalt (III) Chlorides" — J.Am.Chem.Soc . , 1956, v.78, N5, p.887-889;

80. Накамото К. — "Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений" — М., Мир, 1966, с.210;

81. Siebert Н. — "Ultrarotspektren von Kobalt(III)-Komplexen mit Ammoniak und Resten von Sauerstoff saiiren als Liganden" — Z.anorg.allg.Chem., 1958, Bd.298, s.51-63;

82. Beattie I.R., Tyrell H.J.V. — "The Spectra of Some Solid Cobaltic Nitroammines and Certain Other Cobaltic Complexes in the 2 15 |1 Region" — J,Chem.Soc., 1956, p. 2849-2853;

83. Kanamori К., Morikawa Ts., Kawai К. — "Raman Spectra of Cobalt (III) Complexes. II. Nitroammine Series of Cobalt (III) Complexes" — Bull. Chem.Soc.Jpn., 1980, v.53, p.2787-2791;

84. Jackson W.G., Lawrance G.A., Lay P.A., Sargeson A.M. — "Solvent Dependence, Metal Ion Catalysis and Base Catalysis of Nitrito to Nitro Linkage Isomerization of Pentaamminenitritocoba1t(III)" — Aust.J.Chem., 1982, v.35, p.1561-1580;

85. Bait S., Kuipers H.J.A.M., Renkema W.E. — "Nitrito-Nitro Linkage Isomerization of the Pentaamminecobalt(III) Complex in Liquid Ammonia" — J.Chem.Soc. — Dalton Trans., 1983, N8, p.1739-1741;

86. Adell В. — "Zur Kenntnis der Isomerisationsgeschwindigkeit einiger komplexer Mononitritokobalt(III)-Verbindungen in festem Zustande und in verdünnter, wässeriger Lösung" — Z.anorg.allg.Chem., 1952, Bd.271, s.49-64;

87. Adell B. — "Kinetische Messungen mit Hilfe der Extinktion einer dünnen Schicht fester Substanz" — Z.anorg. allg.Chem., 1954, Bd.275, s.106-112;

88. Beattie I.R., Satchell D.P.N. — "The isomerization ofCo(NH ) N0 1 CI in potassium chloride discs" —3 5 2 2 ^Trans.Faraday Soc., 1957, v.52, N12, p.1590-1593;

89. Phillips W.M. , Choi S. , Larrabee J.A. — "Kinetics of Pentaamminenitritocobalt (III) to Pentaamminenitrocobalt (III) Linkage Isomerisation, Revisited" — J.Chem.Educ., 1990, v.67, N3, p.267-269;

90. Zanella A.W., Fucaloro A.F., — "Linkage Isomerization of2 +Co(NH ) ONO. in poly(vinyl alcohol)" — Inorg. Nucl. 3 5Chem. Lett., 1981. v.16, N9-12, p.515-519;

91. Basolo F., Hammaker G.S. — Inorg.Chem, 1962, N1, p.1-5;

92. Balzani V., Ballardini R., Sabbatini N., Moggi L. — Inorg. Chem., 1968, v.7, p.1368;

93. Scandola F., Bartocci C., Scandola H.A. — "wavelength Dependence of Nitropentaamminecobalt(III) Photochemistry. Charge Transfer and Ligand Field Excited-State Behavior" — J.Phys.Chem., 1974, v.78, N6, p.572-575;

94. Rose E.J., McClure D.S. — "The photochemical isomerisationof Co(NH ) NO IX in crystalline state" — J.Photochem., 3 5 2 2 J1981. v.17, p . 171;

95. Болдырева E.B. Сидельников A.A., Чупахин А.П., Ляхов H.3.,кристаллов Со(NH ) N0 . X (X = CI , Br , NCi ) в ходе фото3 5 2 2 3стимулированной связевой изомеризации" — ДАН СССР, 1984, т.277, N4, с.893-896;

96. Болдырева Е.В., Сидельников А.А. — "Влияние механических напряжений на скорость деформации кристаллов Co(NH ) N0 .С1 в ходе связевой нитро —> нитрито фотоизо•J J Z имеризации" — Изв. СО АН СССР, сер.хим.наук, 1987, N17, Вып.5, с.139-145;

97. Brauer Н., ed. — Inorganic preparations, 1985, v.5,P.1760;

98. Maueller G. — Praxis, 1980, v.29, p.117;

99. Maueller G. — Praxis, 1980, v.29, p.238;

100. Соловьева Л.П., Цыбуля С.В., Заболотный В.А. — "Поликристалл система программ для структурных расчетов." — Новосибирск: Институт катализа СО АН СССР, 1988, 122 с.;

101. Werner Р.-Е., Eriksson L. and Westdahl М. — "TREOR, a semi-exhaustive trial-and-error powder indexing program for all symmetries" — J. Appl. Crystallogr., 1985, v.18, pp.367370;

102. Mashida M., Senna M. — "A Kinetic Equation for Solid-State Reactions with Varying Local Reactivity" — J.Phys.Chem., 1985, v.89, N.14, pp.3134-3138.

103. Kovar V., Bachan J. — "A method for evaluating the parameters of a universal kinetical model of a polyrective reac-tant from data on isothermal course of a heterogeneous reaction" — CERAMICS Silikaty, 1990, v,34, p.289-298.

104. Kovar V., Havalda I. — "IMproving the objectivity in the determination of the number of terms in the equation of the kinetic model of a polyreactive reactant" — CERAMICS -Silikaty, 1991 v.35, p.1-8.