합성 [주석<sub> (10)</sub> (시 (SIME<sub> 3</sub>)<sub> 3</sub>)<sub> 4</sub>]<sup> 2</sup<sup> -</sup> 준 안정 주석 (I)을 공 축합 기법을 통해 할라이드의 합성 용액을 사용하여
Summary
The disproportionation reaction of a metastable Sn(I) chloride solution, obtained via the preparative co-condensation technique, is used for the synthesis of a metalloid tin cluster compound.
Abstract
입체적으로 요구하는 리간드의 존재 하에서 준 주석 (I) 할라이드의 불균등을 적용하여 합성 잘 특성화 메탈 주석 클러스터의 수는 최근에 증가하고있다. 준 안정 주석 (I) 할라이드는 예비 공 축합 기법을 통해 "우주 환경"에서 합성된다. 이로써, subhalide은 1300 ° C의 주위에 고온의 오븐에서 합성 한 할로겐화 수소 가스 (예를 들면, 염산)과 주석 원소의 반응에 의해 감소 된 압력이다. subhalide (예 SnCl)을 -196 ℃에서 톨루엔과 같은 불활성 용매의 매트릭스 내에 포획된다. -78 ℃에 고체 매트릭스를 가열하면 subhalide의 준 안정 솔루션을 제공합니다. 준 안정 subhalide 용액 반응성이지만, 몇 주 동안 -78 ℃에서 저장 될 수있다. 실온에서 용액을 가열에서 불균등 반응 원소로 이어지는 주석 및 대응 발생디 할라이드. 실리콘 (SIME) 3 등 벌키 리간드를 적용함으로써, 중간 클러스터 반 금속 화합물은 원소 주석 완전한 불균등 전에 포획 될 수있다. 따라서 준 안정 주석 (I) 리튬 Si을 CL 용액 (SIME 3) (3)의 반응 [주석 10 (SI (SIME 3) 3) 4] 범 2 – 높은 수율. 1 1과 검은 결정 소금 복분해, 불균등, 더 큰 클러스터의 저하를 포함하는 복잡한 반응 순서를 통해 형성된다. 또한, 1 NMR 또는 단결정 X 선 구조 분석과 같은 다양한 방법에 의해 분석 될 수있다.
Introduction
인해 나노 기술 분야에서의 최근의 진보로, 분자와 고체 상태 사이에서 나노 크기 범위가 점점 중요하게되었다 다양한 연구 노력 (1)의 초점이다. 급격한 변화는 작은 분자 종의 형질 전환시 일어날으로 관련된 과학 화합물과 연구, 특히 금속 또는 반 금속에 대한 관심 (예, 산화물, 할로겐화물 : 비전 도성, 예,의 AlCl 3, AuCl 3, GEO 2 등) 일반 식 M n 개의 R (m)의 메탈 클러스터 2 (n에> m, 등 알루미늄 (Al), 금, 주석 등 M = 금속 그러한 SC (6)와 같은 R = 리간드 H 사 -COOH, N (SIME 3) (2) 등), 최종 대량 원소 상 (금속 : 전도, 반 금속 : 반도체, 예를 들어, 원소 알루미늄 (Al), 금, 또는 창) 3.
명확한 분자 관련된 과학 compou의 합성차 때문에 그것의 준 안정 캐릭터에 도전한다. 대부분의 합성 방법은 서로 다른 크기의 클러스터 준 금속 화합물의 혼합물을 의미하는 특정 크기 분포 4 금속 나노 입자를 제공한다. 따라서, 관련된 과학의 구조 특성 관계에 대한 기초를 확립하는, 합성 절차는 확정적 관련된 과학 고분자 화합물에 접근하도록 개발되어야한다. 이러한 확실한 고분자 화합물 (금속 5, 6, 7의 경우에는 반 금속 클러스터는, 8)의 복잡성 및 용해 및 금속 (9)의 형성과 같은 속이 간단한 화학의 기본 원칙을 밝혀 것이다.
각종 금속의 메탈 로이드 클러스터에 액세스하는 한 합성 경로는 14 클러스터 (15)와 같은 대부분의 Sn 낮은 수율 (예를 들면, 메탈 그룹의 반 금속 클러스터를 형성하도록 환원되어 안정한 전구체의 환원에서 시작 </suB> (DippNSiMe 3) (6) (DIPP = 2,6- 지적 재산권 2 -C 6 H 3) (10), 납 10 (Hyp이) 6 (Hyp이 =시 (SIME 3) 3) (11), 또는 창 5 (CH (SIME 3 ) 2) 4 ~ 12). 또한 화 금속의 메탈 로이드 클러스터의 증가는 포획 리간드의 존재 등의 전구체의 환원을 통해 합성 [의 Ag 44 (P-MBA) 30] 4 – (P-MBA = P-머 캅토 산) 13 금 102 (P-MBA) (44) (14). 환원 적 탈 할로겐화를 적용 Schnöckel 등의 합성 경로 옆. 해당 요소 반응성 준 monohalides의 불균등 화 반응에 적용하여 메탈 그룹 (13)의 클러스터에 대한 합성 경로를 도입 (예 3AlCl → 2AL +의 AlCl 3).
합성필요한 monohalides함으로써 고온 ALX 및 GAX의 기상 분자로 (X는 = 염소, 브롬이 I)의 합성 및 이후 냉동 용매의 매트릭스 (도 1에 갇혀 예비 공 축합 기법을 통해 수행 ) 15. 이 기술은 따라서 화학 신규 영역 (가는 길을 여는 새로운 시약에 대한 액세스를 제공 예를 들어, 준 안정 monohalides부터 같은 나노 미터 범위의 직경을 갖는 반 금속 클러스터 [알 (77) (N (SIME 3) 2) 20] 2 – 또는 [84 조지아 (N (SIME 3) 2) 20] 4 -) (16) (17)을 얻을 수 있었다.
불균등 화 반응을 통해 합성 경로는 나노 미터 직경 범위 클러스터 선두 따라서 가장 생산이다. dispro이 준 안정 subhalide 손에있는 경우 그러나,이 합성 경로에만 가능(일반적으로 지금까지 0 ° C 이하) 낮은 온도에서 portionates. 또, 그룹 (14)의 경우는 monohalides subvalent 디 할라이드 MX 2 (M = 게르마늄, 주석, 납)으로도 안정하고 또한 100 ° C의 온도에서 상기 불균형이며, 필요하다. 준 그룹 (14) 모노 할라이드 용액의 합성은 예비 공 축합 기술을 통해 가능하다. 그러나, 그룹 (14) monohalides 1,000 ℃에서 가스상 종으로서 용이하게 사용할 수있는 13 족 monohalides에 대해 훨씬 더 높은 온도에서 얻어진다. 따라서,이 정보 Gebr SnBr (19)뿐만 아니라, 2 내지 20의 SiCl4, 반면 1600 ℃로까지 더 높은 온도에서 얻어진다 1250 ° C 18의 최대 수율로 얻어진다. monohalides는 준 안정 모노 할라이드 솔루션을 선도하는 예비 공동 응축 기술 (그림 1)를 통해 "갇혀"입니다. 이 준 안정 솔루션에서 시작, 우리는 O를 다양한 합성 할 최근 수 있었다F 게르마늄 및 주석, 즉 [리 (THF) 2] 3 창 (14) (Hyp이) 5 (Hyp이 =시 (SIME) 3) (21), 주석 (10) (Hyp이) 6 (22), 그리고 새로운 메탈 그룹 14 클러스터 화합물 { [리 ([12] 크라운-4) 2]} 2 주석 10 (Hyp이) 4] 23. 여기, 우리가 만든 공동 응축 장치에서 준 안정 주석 (I) CL 솔루션의 합성을 제시하고, 준 금속 클러스터 [주석 10 (Hyp이) 4]이 제공하는 LiHyp과의 반응성을 설명 – 고 수율 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
SnBr이 얻어지는 것처럼 예비 공 축합 기술 (도 1) (25)을 적용하여, 신규 분자 물질에 근거 함. 인해 온도, 압력, 금속, 및 반응 가스의 높은 유연성, 높은 반응성 종의 준 안정 솔루션은 많은 다양한 합성 할 수있다. 예를 들면, 실리콘 및 게르마늄 subhalides 이미 이러한 방식으로 얻어진다. 그러나, 상기 합성 준 안정 용액을 얻기 위해 적절한 조건을 발견하는 것은 단순하지 않으?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 재정 지원에 대한 독일 연구 협회 (DFG)에 감사, 우리는 도움이 토론 박사 다니엘 베르너 감사합니다.
Materials
| Tin 99.999% | ABCR | AB122397 | |
| HydrogenchlorideN28 99.8% | Air Liquide | P0820S10R0A001 | Toxic |
| Toluene anhydrous 99.8% | Sigma Aldrich | 244511 | |
| Tri-n-butylphosphine >93.5% | Sigma Aldrich | 90827 | Toxic |
| TMEDA, >99.5% | Sigma Aldrich | 411019 | |
| 12-crown-4 | Sigma Aldrich | 194905 | Toxic |
| THF anhydrous, >99.9% | Sigma Aldrich | 401757 | |
| Sodium, 99.95% | Sigma Aldrich | 262715 | |
| Benzophenone, >99% | Sigma Aldrich | 427551 | |
| Differential pressure manometer | MKS | MKS Baratron 223B | |
| Mass flow controller | Bronckhorst | Low Δp flow mass flow controller | |
| High frequency generator | Trumpf Hüttinger | TruHeat MF 5020 | |
| NMR spectrometer | Bruker | Bruker DRX-250 | |
| Glovebox | GS Systemtechnik | ||
| Argon 5.0 | Westfalen | ||
| Nitrogen 4.8 | Westfalen | ||
| Graphite | SGL | ||
| Quartz glass tube | Gebr. Rettberg GmbH | ||
| Steel transferring cannula | Rohre Ketterer | ||
| Balance | Kern | Kern PFB200-3 | |
| Oil diffusion pump | Balzers | Balzers Diff900 | |
| Rotary vane pump | Balzers | Balzers QK100L4D | |
| Pyrometer | Sensotherm | 6285 | |
| Schlenk tubes with glassy stopcocks | Gebr. Rettberg GmbH | J.-Young-type valve with glassy stopcock |
References
- Goesmann, H., Feldmann, C. Nanoparticulate Functional Materials. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 1362-1395 (2010).
- Purath, A., Köppe, R., Schnöckel, H. [Al7{N(SiMe3)2}6]-: A first step towards aluminum metal formation by disproportionation. Angew. Chem. Int. Ed. 38, 2926-2927 (1999).
- Schnöckel, H. Metalloid Al- and Ga-clusters: a novel dimension in organometallic chemistry linking the molecular and the solid-state areas?. Dalton Trans. , 3131-3136 (2005).
- Hu, K. -. J., Plant, S. R., Ellis, P. R., Brown, C. M., Bishop, P. T., Palmer, R. E. Atomic Resolution Observation of a Size-Dependent Change in the Ripening Modes of Mass-Selected Au Nanoclusters Involved in CO Oxidation. J. Am. Chem. Soc. 137 (48), 15161-15168 (2015).
- Schnöckel, H. Structures and Properties of Metalloid Al and Ga Clusters Open Our Eyes to the Diversity and Complexity of Fundamental Chemical and Physical Processes during Formation and Dissolution of Metals. Chem. Rev. 110, 4125-4163 (2010).
- Schnepf, A. Metalloid Cluster Compounds of Germanium: Novel Structural Motives on the Way to Elemental Germanium!. New J. Chem. 34, 2079 (2010).
- Schrenk, C., Schnepf, A. Metalloid Sn clusters: properties and the novel synthesis via a disproportionation reaction of a monohalide. Rev. Inorg. Chem. 34, 93-118 (2014).
- Jin, R. Atomically precise metal nanoclusters: stable sizes and optical properties. Nanoscale. 7, 1549-1565 (2015).
- Schnepf, A., Dehnen, S. Metalloid. Clusters in Structure and Bonding – Clusters – Contemporary Insight in Structure and Bonding. , (2016).
- Brynda, M., Herber, R., Hitchcock, P. B., Lappert, M. F., Nowik, I., Power, P. P., Protchenko, A. V., Ruzicka, A., Steiner, J. Higher-Nuclearity Group 14 Metalloid Clusters: [Sn9{Sn(NRR’)}6]. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 4333-4337 (2006).
- Klinkhammer, K. W., Xiong, Y., Yao, S. Molecular lead clusters – from unexpected discovery to rational synthesis. Angew. Chem. Int. Ed. 43, 6202-6204 (2004).
- Richards, A. F., Brynda, M., Olmstead, M. M., Power, P. P. Characterization of Ge5R4(R = CH(SiMe3)2, C6H3-2,6-Mes2): Germanium Clusters of a New Structural Type with Singlet Biradical. Organometallics. 23, 2841-2844 (2004).
- Desireddy, A., et al. Ultrastable silver nanoparticles. Nature. 501, 399-402 (2013).
- Jadzinsky, P. D., Calero, G., Ackerson, C. J., Bushnell, D. A., Kornberg, R. D. Structure of a Thiol Monolayer-Protected Gold Nanoparticle at 1.1 Å Resolution. Science. , 430-433 (2007).
- Schnepf, A., Schnöckel, H. Metalloid aluminum and gallium clusters: Element modifications on the molecular scale?. Angew. Chem., Int. Ed. 41, 3532-3554 (2002).
- Ecker, A., Weckert, E., Schnöckel, H. Synthesis and structural characterization of an Al77 cluster. Nature. 387, 379-381 (1997).
- Schnepf, A., Schnöckel, H. Synthesis and structure of a Ga84R204- cluster-a link between metalloid clusters and fullerenes?. Angew. Chem. Int. Ed. 40, 712-715 (2001).
- Schrenk, C., Köppe, R., Schellenberg, I., Pöttgen, R., Schnepf, A. Synthesis of tin(I)bromide. A novel binary halide for synthetic chemistry. Z. Anorg. Allg. Chem. 635, 1541-1548 (2009).
- Schnepf, A., Köppe, R. Synthese von Germanium(I)bromid. Ein erster Schritt zu neuen Clusterverbindungen des Germaniums?. Z. Anorg. Allg. Chem. 628, 2914-2918 (2002).
- Uhlemann, F., Köppe, R., Schnepf, A. Synthesis of metastable Si(II)X2solutions (X = F, Cl). A Novel Binary Halide for Synthesis. Z. Anorg. Allg. Chem. 640, 1658-1664 (2014).
- Schenk, C., et al. The Formal Combination of Three Singlet Biradicaloid Entities to a Singlet Hexaradicaloid Metalloid Ge14[Si(SiMe3)3]5Li3(THF)6Cluster. J. Am. Chem. Soc. 133, 2518-2524 (2011).
- Schrenk, C., Schellenberg, I., Pöttgen, R., Schnepf, A. The formation of a metalloid Sn10[Si(SiMe3)3]6cluster compound and its relation to the α↔β tin phase transition. Dalton Trans. 39, 1872-1876 (2010).
- Schrenk, C., Winter, F., Pöttgen, R., Schnepf, A. {Sn10[Si(SiMe3)3]4}2- : A high reactive metalloid tin cluster with an open ligand shell for further applications. Chem. Eur. J. 21, 2992-2997 (2015).
- Gutekunst, G., Brook, A. G. Tris(trimethylsilyl)silyllithium.3 THF: a stable crystalline silyllithium reagent. J. Organomet. Chem. 225, 1-3 (1982).
- Timms, P. L. Techniques of Preparative Cryochemistry. Cryochemistry. , 61-136 (1976).
- Schrenk, C., Gerke, B., Pöttgen, R., Clayborne, A., Schnepf, A. Reactions with a Metalloid Tin Cluster {Sn10[Si(SiMe3)3]4}2-: Ligand Elimination versus Coordination Chemistry. 化学. 21, 8222-8228 (2015).
- Schnepf, A. Chemistry Applying Metalloid Tin Clusters. Phosphorus, Sulfur and Silicon and the Related Elements. 191, 662-664 (2016).
