La sintesi di [Sn<sub> 10</sub> (Si (SiMe<sub> 3</sub>)<sub> 3</sub>)<sub> 4</sub>]<sup> 2</sup<sup> -</sup> Utilizzo di una metastabile Sn (I) Soluzione ad alogenuri Sintetizzato tramite una tecnica di co-condensazione
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
Il numero di cluster metalloid stagno ben caratterizzati, sintetizzati applicando il disproporzionamento di un metastabile Sn (I) alogenuro in presenza di un ligando stericamente esigente, è aumentata negli ultimi anni. Il metastabile Sn (I) alogenuro viene sintetizzato in "condizioni spazio esterno" tramite la tecnica di co-condensazione preparativo. In tal modo, il subhalide viene sintetizzato in un forno a temperature elevate, circa 1300 ° C, ea pressione ridotta dalla reazione di stagno elementare con gas alogenuro di idrogeno (per esempio, HCl). Il subhalide (ad esempio, SnCl) è intrappolato all'interno di una matrice di un solvente inerte, come toluene a -196 ° C. Riscaldamento matrice solida a -78 ° C dà una soluzione metastabile del subhalide. La soluzione subhalide metastabile è altamente reattivo, ma può essere conservato a -78 ° C per diverse settimane. Il riscaldamento della soluzione a temperatura ambiente, una reazione disproportionation verifica, portando a stagno elementare e il corrispondentealogenuro. Applicando leganti ingombranti come Si (SiMe 3) 3, i composti del cluster metalloide intermedio possono essere intrappolati prima della completa disproporzione di latta elementare. Pertanto, la reazione di un Sn metastabile (I) Cl soluzione con Li-Si (SiMe 3) 3 dà [Sn 10 (Si (SiMe 3) 3) 4] 2 – 1 cristalli neri in alto rendimento. 1 è formata attraverso una sequenza di reazione di metatesi complesso compreso il sale, disproportionation, e il degrado dei cluster più grandi. Inoltre, 1 possono essere analizzati con vari metodi come l'analisi di cristallo struttura ai raggi X NMR o singola.
Introduction
A causa di recenti progressi nel campo delle nanotecnologie, la gamma di dimensioni su scala nanometrica tra le molecole e stato solido è diventato sempre più importante ed è al centro di vari sforzi di ricerca 1. La ricerca con composti nanoscala è particolarmente interessante per i metalli o semimetalli, come drastici cambiamenti avvengono durante la trasformazione da piccole specie molecolari (ad esempio, ossidi, alogenuri: non conduttore, ad esempio, AlCl 3, AuCl 3, Geo 2, etc.) a cluster metalloidi 2 del generale formule m n R m (n> m; m = metallo come al, Au, Sn, ecc; R = legante come SC 6 H 4 -COOH, n (SiMe 3) 2, etc.), alla fase finale di massa elementare (in metallo: conduttore; semimetallo: semiconduttore, ad esempio, degli elementi di al, Au, o Ge) 3.
La sintesi di un preciso compou nanoscala molecolareND è impegnativo a causa del suo carattere metastabile. Molte procedure sintetiche danno nanoparticelle metalliche con una certa distribuzione dimensionale 4, cioè una miscela di composti di cluster metalloidi di diverse dimensioni. Di conseguenza, per stabilire una base per un rapporto struttura-proprietà dei materiali su nanoscala, le procedure di sintesi devono essere sviluppate per accedere composti molecolari su nanoscala definiti. Questi composti molecolari definiti (cluster metalloidi nel caso dei metalli 5, 6, 7, 8) faranno luce sulla complessità e dei principi fondamentali della chimica apparentemente semplice, come la dissoluzione e la formazione di metalli 9.
Una via sintetica per accedere cluster metalloidi di vari metalli inizia dalla riduzione di precursori stabili che sono ridotti a formare un cluster metalloide, soprattutto in bassa resa (ad esempio, gruppo metalloide 14 cluster come Sn 15 </sub> (DippNSiMe 3) 6 (Dipp = 2,6-iPr 2 -C 6 H 3) 10, Pb 10 (Hyp) 6 (Hyp = Si (SiMe 3) 3) 11, o Ge 5 (CH (SiMe 3 ) 2) 4 12). Inoltre, un numero crescente di clusters metalloidi di metallo monetario sono sintetizzati attraverso la riduzione di precursori in presenza di un ligando intrappolamento come [Ag 44 (p-MBA) 30] 4 – (p-MBA = p-mercaptobenzoico acid) 13 e Au 102 (p-MBA) 44 14. Accanto alla via di sintesi di applicare la dealogenazione riduttiva, Schnöckel et al. introdotto una via sintetica al gruppo del metalloide 13 gruppi applicando la reazione disproporzionamento altamente reattive monohalides metastabili dell'elemento corrispondente (ad esempio, 3AlCl → 2Al + AlCl 3).
La sintesi dile monohalides necessari viene quindi eseguita mediante una tecnica di co-condensazione preparativa, dove alle alte temperature, molecole in fase gas di Alx e gassosi (X = Cl, Br, I) sono sintetizzati e successivamente intrappolato in una matrice di solventi congelati (Figura 1 ) 15. Questa tecnica dà così l'accesso ai nuovi reagenti, aprendo la strada a nuovi settori della chimica (ad esempio, a partire dai monohalides metastabili, clusters metalloidi con diametri nell'intervallo nanometri come [Al 77 (N (SiMe 3) 2) 20] 2 – o [Ga 84 (N (SiMe 3) 2) 20] 4 – potrebbe essere ottenuto) 16, 17.
La via di sintesi attraverso la reazione di disproporzionamento è quindi il più produttivo, portando a grappoli con diametri compresi nanometri. Comunque, questa via di sintesi è possibile solo se un subhalide metastabile è a portata di mano che Disproportionates a basse temperature (normalmente ben al di sotto di 0 ° C). Ancora, nel caso di gruppo 14, sono necessari monohalides, come i dialogenuri subvalent MX 2 (M = Ge, Sn, Pb) sono troppo stabile e sproporzionata a temperature ben al di sopra di 100 ° C. La sintesi di metastabili soluzioni monohalide gruppo 14 è possibile tramite la tecnica di co-condensazione preparativo. Tuttavia, il gruppo 14 monohalides si ottengono a temperature molto più elevate rispetto al gruppo 13 monohalides, che sono prontamente disponibili come specie fase gassosa a 1000 ° C. Quindi, SnBr è ottenuto in resa massima a 1.250 ° C 18, che gebr 19, nonché SiCl 2 20, sono ottenuti a temperature ancora più elevate, fino a 1600 ° C. I monohalides sono "intrappolati" tramite una tecnica di co-condensazione preparativo (figura 1), che porta a soluzioni monohalide metastabile. Partendo da queste soluzioni metastabili, siamo stati di recente in grado di sintetizzare una varietà of romanzo metalloide del gruppo 14 composti a grappoli di germanio e stagno, vale a dire [Li (THF) 2] 3 [Ge 14 (Hyp) 5] (Hyp = Si (SiMe) 3) 21, Sn 10 (Hyp) 6 22, e { [Li ([12] corona-4) 2]} 2 [Sn 10 (Hyp) 4] 23. Qui, presentiamo la sintesi di una soluzione metastabile Sn (I) Cl all'interno di un apparato di co-condensazione casalingo e descriviamo la sua reattività con LiHyp dare cluster metalloide [Sn 10 (Hyp) 4] 2 – 1 con resa elevata.
Protocol
Representative Results
Discussion
Applicando la preparativa tecnica di co-condensazione (Figura 1) 25, nuovi materiali basati su molecole come SnBr ottengono. A causa della elevata flessibilità di temperatura, pressione, metallo e gas reattivo, una grande varietà di soluzioni metastabili di specie reattive elevati può essere sintetizzato. Ad esempio, subhalides di silicio e germanio sono già ottenuti in questo modo. Tuttavia, trovare le condizioni per ottenere una soluzione metastabile per un'ulteriore sintesi non è …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Siamo grati alla Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) per il sostegno finanziario, e ringraziamo il dottor Daniel Werner per le discussioni utili.
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
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