출처: 코리 번스, 타마라 M. 파워스, 텍사스 A&M 대학교 화학학과
패들휠 복합체는 4개의 브리징 리간드(가장 일반적으로 포르마이다미드 또는 카박스실레이트)에 의해 근접하여 유지되는 2개의 금속 이온(1,2nd,또는3rd row 전이 금속)으로 구성된 화합물의 클래스입니다(그림 1). 금속 이온과 브리징 리간드의 정체성을 변화하면 패들휠 단지의 대가족에 대한 액세스를 제공합니다. 패들휠 컴플렉스의 구조는 금속-금속 결합을 허용하며, 이는 이러한 단지의 구조와 반응성에 중요한 역할을 합니다. 패들휠 단지에 사용할 수 있는 전자 구조물의 다양성과 이러한 구조물에 의해 표시되는 M-M 본딩의 해당 차이로 인해 패들휠 복합체는 균일한 촉매및 금속 유기 프레임워크(MOF)를 위한 빌딩 블록과 같은 다양한 분야에서 응용 분야를 발견했습니다. 패들휠 컴플렉스에서 M-M 결합의 전자 구조를 이해하는 것은 구조를 이해하고 따라서 조정 화학 및 촉매에 이러한 단지를 적용하는 데 중요합니다.
그림 1. M이1,2nd또는 3rd 행 전이 금속이 될 수있는 패들 휠 컴플렉스의 일반 구조.
두 개의 전이 금속이 가까운 거리에서 유지되면 D-orbitals가 겹쳐서 M-M 결합이 형성될 수 있습니다. 중첩 된 d-궤도는관련된 궤도의 대칭에 따라 σ, π 및 δ 세 가지 유형의 결합을 형성 할 수 있습니다. 분자 z축을 M-M 결합과 공동계로 지정하면, dz2 궤도의 중첩에 의해 σ 결합이 형성되고 π 결합은 dxz 및 dyz 궤도의 겹침에 의해 형성된다. δ 결합은 두 개의 평면 노드(dxy 및 dx2 –y2)가있는 d-orbitals의겹침에 의해 생성됩니다. 그 결과, d-궤도중첩 및 해당 δ 결합의 네 개의 엽모두 두 개의 평면 노드(그림2)를가지고 있다. 이론적으로, δ 결합의 추가와 함께, 패들 휠 단지는 다섯 개의 채권을 지원할 수 있습니다, 또는 금속 원자 사이의 다섯 채권. 1 대부분의 단지에서 dx2–y2는 강력한 금속 리간드 결합을 형성하며 M-M 본딩에 의미있게 기여하지 않습니다. 따라서, 사중 채권은 많은 단지에서 최대 채권 순서입니다.
그림 2. 금속 d-orbitals의 선형 조합으로 인한 σ, π 및 δ 본딩 M오의 시각적 표현. dz2 원자 궤도는 dxz와 dyz 궤도 다음에 최고의 공간 중복을 가지고 있습니다. dxy 원자 궤도는 공간 중첩의 최소 한양을 가지고있다.
이 비디오에서는 4중 접합본을 특징으로 하는 Ar = p-(MeO)C6H 4인 디몰리브덴 패들휠 컴플렉스 Mo 2(ArNC(H)NAr)4를합성합니다. 우리는 NMR 분광법에 의해 화합물을 특성화하고 M-M 결합을 연구하기 위해 X 선 결정학을 사용합니다.
우리는 일반 디몰리브덴 복합 모2(ArNC (H)NAr)4내에서 M-M 결합의 MO 다이어그램을 구성하는 것으로 시작합니다. 첫째, 우리는 우리의 축을 정의해야합니다. 사용 가능한 대칭이 가장 높다고 가정하면, 모2(ArNC (H)NAr)4는 포인트 그룹 D4h (그림 3)에있습니다. z축은 가장 높은 회전 대칭(기본 축)을 가진 축에 할당된 정의에 의해, 이 경우 Mo-Mo 결합을 따라 있는 C4 회전 축입니다. 규칙에 의해, x- 및 y 축M-L 채권을 따라 거짓말; 우리의 특정 경우, 이것은 x 및 y 축이 Mo-N 벡터와 일치한다는 것을 의미합니다. 우리의 축 할당에 따르면, dx2–y2 각 모 원자에 궤도금속 리간드 본딩에 관여. 즉, M-M 결합을위한 Dxy,dxz,dz2 궤도를 떠난다.
Mo 2(ArNC(H)NAr)4에서 M-M 본드를 설명하는 MO 다이어그램은 도 4에도시되어 있다. 각 M 원자에 dz2 궤도의 선형 조합은 σ 및 σ * MOs를 생성합니다. dxz와 dyz 궤도는 π π * MOs를 형성합니다. 마지막으로, dxy 원자 궤도의 선형 조합은 δ 및 δ * MOs를 발생시다. δ 결합은 원자 궤도 사이의 공간 중첩의 최소량을 나타내며, 그 결과 접합 궤도의 상대적 에너지는σ < π < δ(그림2)이다. 이는 채권의 σ 채권이 π 채권보다 강한 채권 강점에 해당하며, 이는 δ 채권보다 더 강합니다. 우리는 해당 MOs를 총 d e 수로 채웁니다- 모두 Mo 센터의 경우 8 (Mo 2+d 4)입니다. 이것은 4의 채권 순서로 이어지며, 이는 4배의 채권과 일치합니다.
이 비디오에서는 X선 결정법을 사용하여 Mo 2(ArNC(H)NAr4 단지에서 모모 본드 길이를 관찰할 것입니다. 고체 상태 구조로부터의 모모 본드 거리를 통해 M-M 채권의 정규화된 가치인 형식적 단각비율(FSR)을 찾을 수 있습니다. FSR은 수학식 1을사용하여 본드 A-B에 대해 계산되며, 이는 단순히 개별 원자의 원자 반다이(및)의 합에 고체 상태(DA-B)에서관찰되는 본드 거리의 비율입니다.
(1)
FSR 값은 원자 반경에 대해 정규화되므로 서로 다른 금속 유형 뿐만 아니라 비금속 원자 사이의 접합 거리뿐만 아니라 M-M 결합 거리를 비교할 수 있는 빠르고 편리한 방법을 제공합니다.
그림 3. 분자 모2(ArNC(H)NAr)4에대한 정의 된 축, 가장 높은 대칭(D4h)을가정한다.
그림 4. Mo2(ArNC (H)NAr)4에서M-M 본딩의 MO 다이어그램 .
1. 리간드 ArN (H)C (H)NAr의 합성, 어디 Ar = p-(MeO)C6H4 (그림 5)2
그림 5. ArN (H)C (H)NAr의 합성, 여기서 Ar = p-MeOC6H4.
2. 슐렌크 라인의 설정
참고: 보다 자세한 절차는 유기 화학 시리즈의 "솔벤트 의 슐렌크 라인 전송" 비디오를 검토하십시오. 이 실험을 수행하기 전에 Schlenk 라인 안전을 검토해야 합니다. 유리 웨어는 사용하기 전에 별 균열에 대한 검사해야합니다. 액체N2를 사용하는 경우 O2가 슐렌크 라인 트랩에 응축되지 않도록주의해야 한다. 액체 N2 온도에서 O2는 응축되며 유기 용매가 있는 경우 폭발성입니다. O2가 응축되었거나 차가운 트랩에서 파란색 액체가 관찰된 것으로 의심되는 경우, 트랩을 동적 진공 상태에서 차갑게 둡니다. 액체 N2 트랩을 제거하거나 진공 펌프를 끄지 마십시오. 시간이 지남에 따라 액체 O2 펌프에 숭고할 것입니다; 모든 O2가 승화되면 액체 N 2 트랩을 제거하는 것이 안전합니다.
3. 모2(ArNC (H)NAr)4 (그림 6)2의 합성
주의: Mo2(ArNC(H)NAr)4의 합성에 사용되는 몰리브덴 소스는 Mo(CO)6이며,이는 매우 독성이 높으며 흡입, 피부 흡수 또는 삼킨 경우 치명적일 수 있다. CO는 반응 중에 생성됩니다. 따라서, 합성은 통풍이 잘 되는 후드에서 수행되어야 합니다.
그림 6. 모2(ArNC (H)NAr)4의합성, 여기서 Ar = p-MeOC6H4.
4. 단일 크리스탈 성장
참고: 모2(ArNC (H)NAr)4 용액에서 천천히 산화. 결정화 용매는 사용하기 전에 탈가스를 제거해야하지만 단일 결정 X 선 회절에 대한 X 선 품질 결정을 얻기 위해 엄격한 공기가없는 조건은 필요하지 않습니다.
리간드 아르N(H)C(H)NAr
수율: 3.25g (53%). 1 H NMR (클로로폼-d,500 MHz, δ, ppm): 8.06 (s, 1H, NHC-H N), 6.99 (d, 4H, 방향족 C-H, J = 8.7 Hz), 6.86 (d, 4H, 방향족 C-H, J = 9.0 Hz), 3.80 (sH,H).
모 컴플렉스 모2(ArNC (H)NAr)4
수율: 450 mg (57%). 1 H NMR (클로로폼-d,500 MHz, δ, ppm): 8.38 (s, 4H, NHC-H N), 6.51 (d, 16H, 방향족 C-H, J = 8.8 Hz), 6.16 (d, 16H, 방향족C-H, J = 8.8 Hz), 3.71 (OCH) 3.71 (OCH)
표 1. 크리스탈 데이터 및 단위 셀 매개변수
경험적 공식 | C60H70Mo2N8O8 |
포뮬러 중량(g/mol) | 1223.12 |
온도(K) | 296.15 |
크리스탈 시스템 | 트라이 클리닉 |
공간 그룹 | P-1 |
a(Å) | 10.1446(4) |
b(Å) | 10.3351(4) |
c(Å) | 13.9623(6) |
α (°) | 80.151(2) |
β (°) | 75.251(2) |
γ (°) | 82.226(2) |
볼륨(Å3) | 1388.3(1) |
Mo2(ArNC (H)NAr)4의 1H NMR 스펙트럼은 방향족 영역에서 두 개의 신호를 나타내며 이는 4 배의 대칭과 일치합니다. 솔리드 스테이트구조(도 7)는포인트 그룹D4와 일치하며 짧은 모모 본드(2.0925(3) Å)를 특징으로 한다. 모의 원자 반경은 1.45 Å입니다. 따라서, 수학식 1을이용하여, Mo 2(ArNC(H)NAr)4에서M-M 본드에 대한 FSR 값은 0.72이다. 이 값은 모모(hpp) 4(hpp= 1,3,4,6,7,8헥사하이드로-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidinate)에대해 관찰된 값보다 낮으며, FSR 값이 0.797이고 Mru-4.497의 존재와일치합니다.
그림 7. 모2(ArNC (H)NAr)4에 대한 솔리드 상태 구조는 열 타원이 50 % 확률 수준에서 설정됩니다. 수소 원자는 선명도를 위해 생략됩니다 (모 네이비, N 블루, C 그레이).
이 비디오에서는 M-M 본딩에 대해 배웠습니다. 우리는 네 배의 결합을 특징으로 하는 디핵 몰리브덴 복합체를 합성했습니다. 쿼드러플 채권은 σ, π, δ 채권을 포함한 세 가지 채권 유형으로 구성됩니다. 단결정 X선 회절 데이터를 수집하고 4배 결합 화합물과 일치하는 짧은 Mo-Mo 결합 길이를 관찰했습니다.
여기에 준비된 Mo2 단지와 같은 패들휠 복합체는 다양한 특성을 표시하여 다양한 화학 분야에서 적용을 찾을 수 있습니다. 예를 들어, M-M 결합은 촉매에 중요한 역할을 한다: 디호듐 패들휠 복합체 Rh2(OAc)4는 카베인 및 니트렌 전송 반응을 통한 C-H 결합 기능화를 위한 공지된 촉매제이다(그림8). 전형적인 카베인 전달 반응에서, Rh2(OAc)4는 Rh2 카베인 중급을 생성하기 위해 다이아조 화합물과 반응한다. C-H 본드에 카베인을 후속 삽입하여 C-H 기능화의 생성을 생성하고 Rh 2(OAc)4 촉매를 재생한다. 이러한 반응에서 Rh2 촉매의 뛰어난 반응성은 M-M 결합을 통해 Rh-Rh 상호 작용에 기인하였다. 결과 중간에서 Rh-Rh 결합은 전자 저장소로서 작용한다; 하나의 금속은 기판에 대한 결합 부위역할을 하지만, 제2 금속 센터는 기판 활성화 시 활성 금속 중심을 오가는 전자 밀도를 왕복합니다. 중간 복합체(Carbenoid에 결합된 Rh-Rh 코어)의 d-궤도분할 다이어그램은 프론티어 D-궤도가활성 Rh 센터(도9a)에대하여 비결합되어 있음을 나타낸다. σ 및 π 비결합 MOs의 전자 밀도는 카베노이드유닛(도 9b)4에직접 결합되지 않는 뉴클레오필카베노이드 탄소 및 "관중" Rh 센터를 중심으로 한다.
그림 8. 금속-카르베노이드 중간체를 통한 C-H 결합 기능화.
그림 9. (a) d-궤도MO 분할 다이어그램의 Rh-Rh 코어의 패들휠 컴플렉스에서 카베노이드 기판에 묶여 있다. 기판 바인딩에 관련된 궤도만 표시됩니다. (b)생성된 σ 및 π 비결합 MOs는 전자로 채워져 있습니다. 이러한 MOs의 전자 밀도는 카르베노이드 탄소와 "관중" Rh 센터를 중심으로 합니다.
패들휠 단지는 또한 MOF의 빌딩 블록으로 활용되었습니다. MOF는 유기 리간드에 의해 함께 연결된 금속 복합체로 구성된 다공성 협응 고분자입니다. 결과 1차원, 2차원 또는 3차원 상부구조는 가스 흡수(분리 및 정제 포함)에서 촉매에 이르는 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다.
건너뛰기...
이 컬렉션의 비디오:
Now Playing
Inorganic Chemistry
15.3K Views
Inorganic Chemistry
31.6K Views
Inorganic Chemistry
18.6K Views
Inorganic Chemistry
54.7K Views
Inorganic Chemistry
68.7K Views
Inorganic Chemistry
105.1K Views
Inorganic Chemistry
25.6K Views
Inorganic Chemistry
22.0K Views
Inorganic Chemistry
39.0K Views
Inorganic Chemistry
79.7K Views
Inorganic Chemistry
45.8K Views
Inorganic Chemistry
35.5K Views
Inorganic Chemistry
16.0K Views
Inorganic Chemistry
51.7K Views
Inorganic Chemistry
17.1K Views
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유