Проекты

Синтез и строение координационных полимеров переходных металлов с анионами замещённых малоновых кислот и мостиковыми N-донорными лигандами

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Неорганический синтез, Химическая технология
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1583
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

В работе изучается возможность получения новых координационных соединений цинка(II) с анионами диэтилмалоновой кислоты и N-донорным гетероароматическим лигандом 4,4’-бипиридилом, а также исследуется влияние дополнительного депротонирования кислоты на строение координационного полимера. Полученные соединения могут иметь пористое строение, что даёт возможность использования в современной химической промышленности в качестве аналогов молекулярных сит для разделения смесей, для хранения и сепарации газов.

Цель

Синтез и изучение строения координационных полимеров цинка(II) с диэтилмалоновой кислотой и N-донорным гетероароматическим лигандом 4,4’-бипиридилом
Задачи

  1. Синтезировать координационные полимеры ZnII с использованием карбоксильного лиганда как в виде кислоты, так и в виде натриевой соли, а также с N-донорным лигандом
  2. Изучить влияние на строение продукта внесение в реакционную смесь депротонированной формы малонатного аниона при синтезе полимера
  3. Изучить строение с помощью основных методов физико-химического исследования (рентгеноструктурный анализ, ИК-спектроскопия)

Прототип проектного продукта (гипотеза)

Координационные полимеры ZnII с анионами диэтилмалоновой кислоты и 4,4’-бипиридином.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Реактивы

  • Дистиллированная вода
  • Ацетонитрил (<99,9 %)
  • Zn(NO3)2∙6H2O
  • Диэтилмалоновая кислота (98 %)
  • 4,4'-бипиридин (98 %)
  • Гидроксид натрия

Оборудование

  • Аналитические весы
  • ИК-спектрометр

Описание работы

Синтез соединения АА-1

1) Был произведён расчёт масс реактивов по уравнению, взвешено необходимое количество на аналитических весах. Растворили 0.030 г Zn(NO3)2∙6H2O и 0.016 г диэтилмалоновой кислоты (H2Et2Mal) в 10 мл воды, 4,4'-бипиридин растворили в 10 мл ацетонитрила.

2) Синтез по методу медленного смешивания растворов. На дно пробирки поместили водный раствор, затем поместили прослойку из 4 мл воды и 4 мл ацетонитрила. Сверху поместили раствор 4,4'-бипиридила в ацетонитриле. Пробирку оставили стоять при комнатной температуре.

Синтез соединения АА-2

1) После произведённого расчёта и найденных масс автор взвесил нужное количество реагентов для данной реакции. Растворили 0.030 г Zn(NO3)2∙6H2O и 0.242 г диэтилмалоновой кислоты с NaOH в 10 мл воды, 4-4'-бипиридил растворили в 10 мл ацетонитрила.

2) Синтез по методу медленного смешивания растворов. На дно пробирки поместили водный раствор, затем прослойку из 4 мл воды и 4 мл ацетонитрила. Сверху поместили раствор 4,4' бипиридина в ацетонитриле. Пробирку оставили стоять при комнатной температуре.

Результаты синтеза

Через 2 недели образовались бесцветные кристаллы. Полученные кристаллы были промыты ацетонитрилом, высушены на воздухе при комнатной температуре. Полученные соединения были исследованы методом ИК-спектроскопии. ИК-спектры двух соединений отличаются друг от друга, что говорит о том, что полученные соединения имеют разное строение (рис. 1).

Далее был выполнен рентгеноструктурный анализ (РСА) полученных соединений (исследования были выполнены сотрудником ИОНХ РАН). По данным РСА, соединение АА-1 является известным соединением, ранее полученным по данной методике (рис.2).

б

Рисунок 2 – Строение соединения АА-1

В случае соединения АА-2 также было получено описанное ранее соединение, однако ранее оно было получено по другой методике. Данный полимер имеет слоистое строение и не является пористым.

Рисунок 3 – Строение соединения АА-2

Результаты работы/выводы

  1. Проведены исследования влияния использования гидроксида натрия на строение продукта реакции. Один из двух проведённых синтезов был осуществлен впервые.
  2. По результатам эксперимента можно утверждать, что дополнительное использование гидроксида натрия приводит к получению 2D-полимера. Для получение каркасного пористого полимера необходимы дальнейшие исследования.
  3. Строение полученных соединений подтверждено методами ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа (РСА).

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ФГБУН Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Мнение автора 

«Для выполнения исследования я познакомилась очень подробно со строением, свойствами, процессом получения координационных соединений, практически осуществила синтез координационных соединений в лаборатории института, изучила метод ИК- спектроскопии, то есть почувствовала себя исследователем, учёным. Это было здорово. А участие в конференции – это возможность рассказать о своём исследовании»