СИНТЕЗ И ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАЗОНОВ ПРОИЗВОДНЫХ ФЕРРОЦЕНА И ИХ КОМПЛЕКСОВ

SYNTHESIS AND IR SPECTROSCOPIC STUDY OF FERROCENE DERIVATIVES HYDRAZONES AND THEIRE COMPLEXES
Цитировать:
СИНТЕЗ И ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАЗОНОВ ПРОИЗВОДНЫХ ФЕРРОЦЕНА И ИХ КОМПЛЕКСОВ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Умаров Б.Б. [и др.]. 2022. 5(95). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/13382 (дата обращения: 06.07.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

Нами конденсацией Кляйзена получен β-дикетон-1-ферроценил-бутандион-1,3. Синтезированы гидразоны монокарбоновых кислот 1-ферроценилбутандиона-1,3 (H2L) взаимодействием гидразидов карбоновых кислот с ферроценоилацетоном. На их основе получены комплексы с ионами меди(II), цинка(II) и никеля(II). Изучены ИК спектры синтезированных соединений. Результаты исследований показали, что H2L в растворе существует в виде таутомерной смеси: гидразонной, α-оксиазинной и цикли-ческой 5-оксипиразолиновой формах. По результатам ИК спектров комплексам приписано плоско-квадратное строение и в них дважды депро-тонированный остаток лиганда координирован атомом металла через два атома кислорода и атом азота гидразонного фрагмента. Четвертое место в плоском квадрате транс-N2O2-координационного узла занимает молекула аммиака.

ABSTRACT

We obtained β-diketone-1-ferrocenylbutanedione-1,3 by Kleisen conden-sation. Hydrazones of monocarboxylic acids 1-ferrocenylbutanedione-1,3 (H2L) were synthesized by the interaction of carboxylic acid hydrazides with ferrocenoylacetone. On their basis, complexes with copper(II), zinc(II), and nickel(II) ions were obtained. The IR spectra of the synthesized compounds were studied.The research results showed that H2L in solution exists in the form of a tautomeric mixture: hydrazone, α-hydroxyazine, and cyclic 5-hydroxypy-razoline forms. According to the results of IR spectra, the complexes were assigned a planar-square structure, and in them the doubly deprotonated ligand residue is coordinated by a metal atom through two oxygen atoms and a nitrogen atom of the hydrazone fragment. The fourth place in the flat square of the trans-N2O2-coordination site is occupied by the ammonia molecule.

 

Ключевые слова: моноацетилферроцен, гидразон, сложноэфирная конденсация Кляйзена, таутомерия, ИК спектроскопия

Keywords: monoacetylferrocene, hydrazone, Claisen ester condensation, tautomerism, IR spectroscop

 

В настоящее время в координационной химии применяются огром-ное количество ферроценсодержащих лигандов [1], а комплексы с  3d ме-таллами широко используются в качестве биостимуляторов [2]. В особой степени биологическая активность присуща гидразоновым производным ферроцена, что обусловлено именно их хелатирующей способностью. Кроме того, они могут использоваться в качестве поверхностно-активных веществ при восстановлении почвы и в качестве селективных колориметрических и электрохимических хемосенсоров, представляющих интерес для сельского хозяйства. Многочисленными опытами установлено, что применение молекулярных и внутрикомплексных соединений на основе ферроценсодержащих производных микроэлементов, как медь, никель и цинк, приводит к улучшению всхожести семян растений и являются сильно действующими пестицидами и благотворно влияют на рост и развитие растений. Установлено, что стимулирующие свойства комплексных соединений зависят от природы металла, способов координации лигандов, а также химического состава и геометрического строения комплексов [3].

На первом этапе синтеза нами была проведена реакция конденсации моноацетилферроцена с этилацетатом [4, 5, 6, 7, 8, 9]. β-Дикарбонильное производное ферроцена – 1-ферроценилбутандион-1,3 (I) синтезировано по следующей схеме реакции:

                                                                I

Взаимодействием спиртовых растворов эквимолярных количеств 1-ферроценилбутандиона-1,3 со спиртовыми растворами ацетилгидразида, бензоилгидразида, мета-нитробензоилгидразида, гидразидами 5-бромса-лициловой и фенилуксусной кислот синтезированы новые лиганды H2L1 - H2L5, соответственно.

Лиганды H2L1 - H2L5 синтезированы по следующей схеме реакции:

Х=О: R=CH3 (H2L1), C6H5 (H2L2), м-NO2-C6H4 (H2L3), n-NO2-C6H4 (H2L4),

2-OH-5-Br-C6H3 (H2L5), C6H5CH2 (H2L6). X=S, R=NH2, (H2L7).

В ИК спектрах всех лигандов типа II зарегистрированы характерис-тические полосы поглощения около 1040-1080, 1270-1300, 1535-1600, ва 3190-3278 см1, отнесенные к νs и νas колебаниям N–N, C–N, C=N и N–H связей, соответственно (рис. 1, табл. 1). В коротковолновой области спектра отмечены две полосы поглощения, характерные для ферроценсодержащих соединений, отнесенные к крутильным колебаниям циклопента-диенильных фрагментов лигандов относительно оси пятого порядка металоцена. Также характерными являются полосы поглощения при 835-850 см-1 νС=S лиганда H2L7 с фрагментами тиосемикарбазона. В ИК спектре H2L4 зафиксированы полосы поглощения в пределах 3230, 1540 и 1050 см-1, отнесенные к νs и νаs колебаниям N–H, C=N, N–N–связей, соответственно. В спектре также присутствуют полосы высокой интенсивности характер-ные для νs и νаs колебаниям NO2 1535 см-1 и 1346 см-1 [10, 11, 12].

 

а)

б)

в)

Рисунок 1. ИК спектры моноацетилферроцена:

 (а) – ферроценоилацетона; (б) - лиганда H2L3 (в)

 

ИК спектра H2L6 в прессованной таблетке KBr продемонстрировало, что соединение в твердом состоянии имеет циклическое 5-оксипиразолино-вое строение (В), на что указывает наличие в спектре широкой средней интенсивности полосы поглощения в области 3500 см-1О-Н). ИК спектры  ведущих характеристичных полос в пределах 480-505 см-1, соответствующие вращению циклопентадиенильных колец.

Таблица1.

Отнесение частот валентных колебаний (n, см-1) в ИК спектрах лигандов H2L1-H2L5

Сое-дине-ние

NH2

N-H

C-H

C=O

C=N

NO2

C-N

N-N

C=S

Fe-Cp

H2L1

-

3230

3030

1655

1535

-

1285

1065

-

480/500

H2L2

-

3190

3025

1680

1590

 

1295

1080

-

485/502

H2L3

-

3278

2981

1660

1545

1535/1346

1300

1051

-

482/503

H2L4

-

3230

2975

1665

1540

1538/1348

1295

1050

-

483/505

H2L5

-

3193

2972

1680

1540

-

1290

1040

-

485/502

H2L6

-

3233

2995

1665

1595

-

1270

1070

835

482/500

H2L7

3425

3275

2980

1662

1635

-

1300

1051

-

482/503

 

ИК спектры всех синтезированных нами соединений помимо основ-ных характеристичных полос имеют полосы поглощения средней интен-сивности около 480-505 см-1, соответствующие вращению циклопентадиенильных колец.

Смешиванием спиртовых растворов лигандов типа H2L и водно-ам-миачного раствора M(CH3COO)2, (где М=Cu(II), Ni(II) и Zn(II)), в эквимо-лярном соотношении, были получены комплексные соединения МL∙NH3:

III                                                                                              

M = Cu(II), Ni(II) и Zn(II)

Х=О: R=CH3 (CuL1∙NH3, NiL1∙NH3, ZnL1∙NH3), C6H5 (CuL2∙NH3, NiL2∙NH3, ZnL2∙NH3), м-NO2-C6H4 (CuL3∙NH3, NiL3∙NH3, ZnL3∙NH3), о-NO2-C6H4 (CuL4∙NH3, NiL4∙NH3, ZnL4∙NH3), 2-OH-5-Br-C6H3 (CuL5∙NH3, NiL5∙NH3, ZnL5∙NH3), C6H5CH2 (CuL6∙NH3, NiL6∙NH3, ZnL6∙NH3); X=S, R=NH2 (CuL7∙NH3, NiL7∙NH3, ZnL7∙NH3).

Образование комплекса подтверждается чёткими аналитическими признаками в ИК спектре (табл. 2, рис. 2). Судя по результатам ИК спектров комплексов в твердом состоянии, отсутствуют характеристичные полосы поглощения свободного лиганда около 1655-1680 см-1, 3190-3278 см-1С=О, νN-H). В ИК спектрах комплексов наблюдаются малоинтенсивные полосы поглощения в области 3375-3380, 3320-3330, 3240-3250 и 3150 см–1, которые следует отнести к симметричным и антисимметричным валентным колебаниям координированной молекулы аммиака.

В ИК спектрах комплексов отмечается ряд полос средней и сильной интенсивности в областях 1580-1585, 1530-1540, 1470-1480, 1420-1430, 1395-1400 см–1, обусловленных валентными и валентно-деформационными колебаниями сопряженной системы связей пяти- и шестичленного металлоциклов.

 

Рисунок 2. ИК спектр комплексного соединения меди(II) CuL3NH3

 

Анализ ИК спектр комплекса CuL3∙NH3 показал, что в спектре имеются полосы при 416 см-1, 447 см-1, 675 см-1, 715 см-1, 766 см-1, 821 см-1, 1103 см-1, 1259 см-1,1346 см-1, 1527 см-1, 1589 см-1, 1614 см-1, 1687 см-1, 3089 см-1, 3420 см-1. Следует отметить, что в ИК спектре комплекса CuL3∙NH3 (рис. 2) колебательная частота (νС=N 1614 см-1) по сравнению с спектром свободного лиганда (νС=N 1635 см-1) смещена в область низких частот на 21 см-1, в то же время значение частоты связи С=N повышается на 5-10 см–1. Это позволяет утверждать о координации лиганда к металлу через амидного и β-дикетонного атомов кислорода и азометинового атома азота.

Таблица 2.

Отнесение частот валентных колебаний (n, см-1) в ИК спектрах комплексов меди(II), никеля (II) и цинка (II)

Соединение

NH2

C-H

C=N

N=C-C=N

N=C-O-

N-N

NO2

Fe-Cp

NiL2∙NH3

3384

2935

1630

1586

1550

1086

-

480-500

NiL3∙NH3

 

3240

3035

1610

1595

1552

1092

1535/1340

481/503

NiL4∙NH3

 

3396

3050

1625

1600

1555

1045

1535/1340

482/504

CuL4∙NH3

 

3420

3089

1614

1589

1527

1103

1535/1346

483/500

CuL2∙NH3

 

3423

3085

1600

1590

1535

1105

-

470/500

ZnL1∙NH3

 

3440

3020

1615

1597

1548

1075

-

466/500

ZnL2∙NH3

 

3410

2930

1650

1600

1540

1070

-

465/502

ZnL4∙NH3

 

3395

3035

1620

1592

1542

1088

1535/1340

465/503

ZnL5∙NH3

 

3405

3080

1610

1595

1525

1100

-

468/503

 

Идентичность ИК спектров соединений меди(II) и никеля(II) с одноименными лигандами свидетельствуют об аналогичном строении этих комплексов. По результатам элементного анализа комплексным соедине-ниям приписана общая формула NiL∙NH3. ИК спектры комплексных соединений отличаются от ИК спектров свободных лигандов тем, что отсутствуют полосы поглощения в области 1660-1700 и 3400 см-1. Это свидетель-ствует о депротонировании лигандов при комплексообразовании.

Сопоставляя ИК спектры H2L1-H2L7 и их комплексы с ацетатами металлов, можно сказать, что положение валентных колебаний связи Fe-остается неизменным, распологаясь, в области 465-505 см-1. Полосы, поя-вившиеся в ИК спектрах комплексов при 3380-3420 см-1, отнесены к νs и νаs координированной молекулы аммиака. Отсюда можно сделать вывод, дважды депротонированный остаток лиганда координирован атомом металла через два атома кислорода и атомом азота гидразонного фрагмента. Четвертое место в плоском квадрате транс-N2O2-координационного узла занимает молекула аммиака. Практически плоские пяти- и шестичленные сопряженные металлоциклы почти копланарны между собой.

Исходя из результатов элементного анализа, ИК спектроскопии и литературных данных, можно предположить, что в комплексах лиганд би-дентатно координирован к ионам меди(II), цинка(II) и никеля(II). Ацетат-анион исходных солей выступает в этанольном растворе как депрото-нирующий агент и комплексам приписано плоско-квадратное строение III.

 

Список литературы:

  1. Cullen W.R.,Woollins J.D. Ferrocene-containing metal complexes// Coord. Chem. Rev. – 1981. – Vol. 39. – Р. 1-30.
  2. Colacot T.J. A Concise Updateon the Applications of Chiral Ferrocenyl Phosphines in Homogeneous Catalysis Leading to Organic Synthesis // Chem. Rev. . – 2003. –Vol. 103. – Р. 3101-3118.
  3. Умаров Б.Б., Сулаймонова З.А., Бахранова Д.А. Синтез β-дикар-бонильных производных ферроцена // “Наука и инновации в современных условиях Узбекистана” Республиканская научно-практическая конферен-ция. Нукус-2020, 20 май. – С. 114-115.
  4. Умаров Б.Б., Сулаймонова З.А., Тиллаева Д.М. Синтез лигандов на основе производных ферроцена с гидразидами моно- и дикарбоновых кис-лот // Universum: Химия и биология. Россия, –2020. № 3(69). –С. 19-22 URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8966
  5. Умаров Б.Б., Сулаймонова З.А., Тиллаева Д.М. Комплексные соединения переходных металлов на основе продуктов конденсации фер-роценоилацетона с гидразидами карбоновых кислот // Журнал Бухарского инженерно-технологического института “Развитие науки и техники” Узбе-кистан, – 2020. – №6. – С. 7-12.
  6. Cулaймoнoвa З.A., Нaвpузoвa М.Б., Чopиeвa C.A. Тepмичecкoe иc-cлeдoвaниe пpoизвoдныx фeppoцeнa // SCIENTIFIC COLLECTION «INTERCONF». - 2021. - №45. - C. 473-478.
  7. Cулaймoнoвa З.A., Умapoв Б.Б. Пoлучeниe мeтa-нитpoбeнзoил-гидpaзoнa фeppoцeнoилaцeтoнa и cинтeзы нa eгo ocнoвe // жуpн. Хими- ческая тexнoлoгия. Управление и менежмент. - 2021. - №4 (100). - C. 5-12.
  8. Умapoв Б.Б., Cулaймoнoвa З.A., Тиллaeвa Д.М. Кoмплeкcныe coe-динeния пepexoдныx мeтaллoв нa ocнoвe кoндeнcaции пpoизвoдныx фeppo-цeнa c гидpaзидaми кapбoнoвыx киcлoт // Нaучный вecтник Нaмaнгaнcкo-гo гocудapcтвeннoгo унивepcитeтa. - 2020. - №9. - C. 58-63.
  9. Казицына А.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Книга по Требованию. –2013. – 264 с.
  10. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М: МГУ. – 2012. – 54 с.
  11. Mohammadi N., A. Ganesan, C. T. Chantler, F. Wang Differentiation of ferrocene D5d and D5h conformers using IR spectroscopy / // J. Organometal. Chem. – 2012. – № 713. – P. 51–59.
  12. Беллами Л. Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул. М: Мир,1971. – 318 с.
Информация об авторах

доктор химических наук, профессор, Бухарский государственный университет, 200117, Узбекистан, г. Бухара, ул. М. Икбол, 11

Doctor of Chemical Sciences, professor of Bukhara state university, 200117, Uzbekistan, Bukhara, M. Ikbol St., 11

старший преподаватель Бухарского государственного университета, Узбекистан, г. Бухара

Senior Lecturer of Bukhara state University, Uzbekistan, Bukhara

преподаватель Бухарского государственного университета, Узбекистан, г. Бухара

Teacher of Bukhara state University, Uzbekistan, Bukhara

преподаватель Бухарского государственного университета, Узбекистан, г. Бухара

Teacher of Bukhara state University, Uzbekistan, Bukhara

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top