Координационная химия, 2022, T. 48, № 4, стр. 206-214

Исследование экстракционных и координационных свойств 2,3-бис(дифенилфосфинил)бута-1,3-диена и 3,4-бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диена

В. К. Брель 1*, О. И. Артюшин 1, В. П. Моргалюк 1, А. В. Вологжанина 1, А. Н. Туранов 2, В. К. Карандашев 3

1 Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН
Москва, Россия

2 Институт физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН
Черноголовка, Россия

3 Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН
Черноголовка, Россия

* E-mail: v_brel@mail.ru

Поступила в редакцию 08.09.2021
После доработки 07.10.2021
Принята к публикации 08.10.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Изучены экстракционные свойства 2,3-бис(дифенилфосфинил)бута-1,3-диена (L1) и 3,4-бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диена (L2) по отношению к f-элементам на примере извлечения микроколичеств U(VI) и Th(IV) из растворов HNO3 растворами экстрагентов в 1,2-дихлорэтане. Установлено, что введение метильных групп в 1,3-бутадиеновый углеродный скелет бисфосфиноксида приводит к увеличению эффективности экстракции U(VI). Координационные свойства би-сфосфиноксидов L1 и L2 изучены на примере комплексов с нитратом уранила. Кристаллическое строение бисфосфиноксида L1 · THF (CIF file CCDC № 2107403), его комплекса с нитратом уранила I (CIF file CCDC № 2107404) и комплекса II (CIF file CCDC № 2107405) подтверждено рентгенодифракционными данными.

Ключевые слова: фосфиноксиды, 1,3-бутадиены, комплексы, f-элементы, кристаллическая структура, экстракция

Несмотря на достаточно длительную историю исследования оксидов фосфора, в последние десятилетия наблюдается возросший интерес к созданию эффективных и селективных фосфорорганических лигандов к ионам различных металлов. Бионеорганическая химия [1], катализ [2], создание новых материалов [3], процессы разделения и извлечения редких и рассеянных элементов [4], гидрометаллургия и очистка отходов ядерных электростанций от радиоактивных элементов [5] – вот краткое перечисление областей, где активно используют моно-, ди- и полидентатные фосфиноксиды. Наибольший интерес вызывают комплексы металлов с бисфосфиноксидами, демонстрирующие более богатую структурную топологию, чем монофосфиноксиды. Так, в литературе описаны координационные полимеры [69], макроциклические соединения [10] и комплексы клеточного строения [11] на основе бисфосфиноксидов.

Структура получаемых комплексов во многом зависит от строения используемого бисфосфиноксида. Например, метилен бисфосфиноксид, как правило, хелатирует ионы металлов с образованием шестичленных комплексов [12, 13]. В случае удлинения мостика связывающего две фосфиноксидные группы Ph2P(O)(CH2)nP(O)Ph2 (n = 2, 4 или 6), как правило, происходит образование комплексов димерного или полимерного строения [1416].

Продолжая изучение координационных свойств алкиленбисфосфиноксида [17] и его аналогов [18], нами выполнены исследования, связанные с попыткой выяснения влияния структурных изменений углеродного скелета бисфосфиноксидов на их координационные и экстракционные свойства. В качестве объектов исследования, выбраны бисфосфиноксидные лиганды на 1,3-алкадиеновой платформе: 2,3-бис(дифенилфосфинил)бута-1,3-диен (L1) [19] и 3,4-бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диен (L2) [20].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали СНСl3, СН2Сl2 и ацетонитрил марки “х. ч.”, которые перегоняли над P2O5 для обезвоживания и хранили над CaH2; ТГФ перегоняли и хранили над CaH2, отгоняя перед применением. Коммерческие 1,2-дихлорэтан и этанол, использовали без предварительной очистки.

Спектры ЯМР 1Н, 13С и 31Р регистрировали в CDCl3 на спектрометре Bruker Avance 400 (400.13, 100.61 и 161.98 МГц соответственно). Спектры ЯМР 1Н, 31Р комплекса зарегистрированы в ДМФА-d7. ИК-спектры регистрировали на VER-TEX 70v Fourier-transform ИК спектрометре (Германия). Масс-спектры высокого разрешения регистрировали на приборе Bruker micrOTOF II методом электрораспыления (ESI). Элементный анализ (C, H, N) выполнен на автоматическом анализаторе CarloErba 1106.

Синтез 3,4-бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диена (L2) выполняли в инертной атмосфере. К суспезии 0.31 г (12.8 ммоль) NaH в 6 мл ТГФ при интенсивном перемешивании добавляли 0.9 г (6.4 ммоль) 2,5-диметил-3-гексин-2,5-диола и через 5 мин по каплям добавляли 3.12 г (14.1 ммоль) дифенилхлорфосфина, поддерживая температуру реакционной среды 20°С. После прекращения газовыделения перемешивали 4 ч при 20°С. Осадок отфильтровавыли и промывали 2 × 3 мл ТГФ. К фильтрату добавляли 0.2 г Cu(OTf)2 (0.7 ммоль, 10 мол. %) и после образования желто-оранжевого раствора оставляли на 48 ч. Добавляли 20 мл CH2Cl2, промывали 2 × 3 мл 25%-ного раствора NH3, 2 × 5 мл водой и сушили над Na2SO4. Осушитель отфильтровывали, промывали 2 × 5 мл CH2Cl2, фильтрат упаривали в вакууме. После хроматографирования на силикагеле в системе CHCl3–бензол–метанол 30 : 30 : 1 получили: 2.39 г (72%) 3,4-бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диена (L2), 0.21 г (9%) (5-хлор-2,5-диметилгекс-3-ин-2-ил)дифенилфосфиноксида (L3) и 0.14 г (7%) (2,5-диметилгекс-5-ен-3-ин-2-ил)дифенилфосфиноксида (L4).

3,4-Бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диен (L2). Бесцветные кристаллы. Тпл = = 186–188°C [20]. ЯМР 1H (δ, м.д.): 8.00–7.96 м. (4H, o-H, Ph), 7.48–7.44 м. (6H, o,п-H, Ph), 7.38–7.35 м. (2H, п-H, Ph), 7.20–7.16 м. (4H, м-H, Ph), 7.14–7.08 м. (4H, м-H, Ph), 1.76 с. (6H, 2CH3), 1.69 с. (6H, 2CH3). ЯМР 13C (δС, м.д.): 153.88 д.д. ((CH3)2C=C), 2JP,C = 8.02 Гц, 134.75 д. (ipso-C, 1JP,C = 102.13 Гц), 134.20 д. (ipso-C, 1JP,C = = 99.21 Гц), 132.15 д.д. (п-C, Ph, 4JP,C = 11.68 Гц, 4JP,C = 10.21 Гц), 131.20 уш.д. (o-C, Ph, 2JP,C = = 31.36 Гц), 129.02 д. ((CH3)2C=C, 1JP,C = 8.02 Гц), 128.38 д. (м-C, Ph, 3JP,C = 10.95 Гц), 128.38 д. (м-C, Ph, 3JP,C = 11.68 Гц), 25.30–25.23 м. ((CH3)2C=C), 25.12–25.09 м. ((CH3)2C=C). ЯМР 31P (δP, м.д.): 27.60 с. ИК (ν, см–1): 3051 ν(CH, Ph); 2910, 1436 ν(CH3); 1608, 1589 ν(Ph); 1628 ν(C=C); 1162 ν(P=O). Масс-спектр, m/z: 511.1950 [M + H]+ (вычислено для C32H33O2P2: 511.1961).

(5-Хлор-2,5-диметилгекс-3-ин-2-ил)дифенилфосфиноксида (L3). Бесцветное масло. ЯМР 1H (δ, м.д.): 7.72–7.68 м. (4H, o-H, Ph), 7.52–7.50 м. (2H, п-H, Ph), 7.48–7.43 м. (4H, м-H, Ph), 1.46 д. (6H, 2CH3, 3JP,H = 6.0 Гц), 1.44 с. (6H, 2CH3). ЯМР 13C (δС, м.д.): 133.29 д. (ipso-C, Ph, 1JP,C = 104.32 Гц), 131.74 д. (п-C, Ph, 4JP,C = 2.91 Гц), 131.36 д. (o-C, Ph, 2JP,C = 9.48 Гц), 128.25 д. (м-C, Ph, 3JP,C = 11.67 Гц), 102.95 уш.с. (C≡C), 101.93 уш.с. (C≡C), 99.74 д. (C‒P, 1JP,C = 13.86 Гц), 73.57 д. (C–Cl, 4JP,C = = 5.11 Гц), 30.74 д. (2CH3, 5JP,C = 2.91 Гц), 19.00 д. (2CH3, 2JP,C = 5.84 Гц). ЯМР 31P (δP, м.д.): 34.37 с. Масс-спектр, m/z: 345.1170 [M + H]+ (вычислено для C20H23ClOP: 345.1181).

(2,5-Диметилгекс-5-ен-3-ин-2-ил)-дифенилфосфиноксид (L4). Бесцветные кристаллы. Тпл = = 152–154°C. ЯМР 1H (δ, м.д.): 7.70–7.65 м. (4H, o‑H, Ph), 7.47–7.39 м. (8H, Ph), 5.46 с. (1H, =C(H)H), 5.02 с. (1H, =C(H)H), 1.84 с. (3H, CH3(=CH2)), 1.36 д. (6H, 2CH3, 3JP,H = 6.1 Гц). ЯМР 13C (δС, м.д.): 136.17 д. (CH2=C–CH3, 5JP,C = = 7.29 Гц), 133.21 д. (ipso-C, Ph, 1JP,C = 105.04 Гц), 131.18 с. (o-C, Ph, 2JP,C = 9.48 Гц), 131.41 с11, Ph, 128.14 д. (Ph, 3JP,C = 12.41 Гц), 117.12 д. (CH2=C–CH3, 4JP,C = = 3.65 Гц), 101.09 уш.с. (C≡C), 100.08 уш.с. (C≡C), 99.45 д. (C–P, 1JP,C = 13.14 Гц), 23.00 д. (CH2=C–CH3, 5JP,C = 5.84 Гц), 19.10 д. (2CH3, 2JP,C = 5.83 Гц). ЯМР 31P (δP, м.д.): 31.57 с. Масс-спектр, m/z: 309.1403 [M + H]+ (вычислено для C20H22OP: 309.1414).

Синтез 2,3-бис(дифенилфосфинил)-бут-1,3-диендинитратуранила (I). Раствор UO2(NO3)2 ⋅ 6H2O (104 мг, 0.2 ммоль) в 5 мл ацетонитрила медленно добавили к раствору фосфиноксида L1 (90.8 мг, 0.2 ммоль) в 5 мл хлороформа и перемешивали 1 ч. Выпавшие желтые кристаллы отфильтровывали, промывали 2 × 5 мл ацетонитрила, перекристаллизовывали из смеси ДМФА–диэтиловый эфир (1 : 1) и высушивали в вакууме 0.1 мм рт. ст. до постоянного веса. Выход комплекса I 160 мг (80%), Тразл = 255–257°С. ИК (КBr; ν, см–1): 539, 582, 692, 730, 929 (UO2), 1122, 1145, 1161, 1273 (UO2), 1292, 1385, 1487 (NO3), 1516. ЯМР 1Н (400 МГц; ДМФА-d7; δ, м.д.): 8.4–7.6 м. (20Н, 4С6Н5), 6.87 д. (2Н, 2JHH = 42 Гц, СН2=), 6.18 уш.с. (2Н, СН2=). ЯМР 13С (100 МГц; ДМФА-d7; δ, м.д.): 138.94 д.д. (1JPC = = 95.0 Гц, 2JPC = 8.0, Р–С=), 136.38 уш.с. (Н2С=), 134.04 уш.с. (С6Н5), 132.57 д. (3JPC = 9.7 Гц, С6Н5), 129.68 д. (2JPC = 12.0 Гц, С6Н5). ЯМР 31Р (162 МГц; ДМФА-d7; δ, м.д.): 46.44 уш.с.

Найдено, %: С 39.40; Н 2.89; N 3.44.
Для С28Н24N2O10P2U
вычислено, %: С 39.64; Н 2.85; N 3.30.

Синтез 2,3-бис(дифенилфосфинил)-1,1,4,4-тетраметилбут-1,3-диендинитратуранила (II). Раствор UO2(NO3)2 ⋅ 6H2O (104 мг, 0.2 ммоль) в 5 мл этанола осторожно добавляли на поверхность раствора фосфиноксида L2 (102 мг, 0.2 ммоль) в 5 мл ДМФА. На следующий день выпавшие светло-зеленые кристаллы отфильтровывали, промывали эфиром и сушили в вакууме 0.1 мм рт. ст. до постоянного веса. Выход комплекса II 150 мг (73%), Тразл = 320–322°С. ИК (КBr; ν, см–1): 545, 575, 699, 748, 932 (UO2), 1097, 1121, 1144, 1278 (UO2), 1296, 1385, 1439, 1484 (NO3), 1512, 1529.

Найдено, %: С 42.00; Н 3.54; N 3.10.
Для С32Н32N2O10P2U
вычислено, %: С 42.21; Н 3.54; N 3.08.

Изучение экстракционных свойств для соединений L1, L2, L5. В качестве органического растворителя использовали 1,2-дихлорэтан марки “х. ч.” Растворы экстрагентов готовили по точной навеске. Исходные водные растворы U(VI) и Th(IV) готовили растворением соответствующих нитратов в воде с последующим добавлением HNO3 до требуемой концентрации. Исходная концентрация ионов металлов составляла 2 × 10–6 моль/л. Равные объемы органической и водной фаз перемешивали при комнатной температуре на роторном аппарате для перемешивания со скоростью 60 об./мин в течение 1 ч, что достаточно для установления постоянных значений коэффициентов распределения.

Концентрацию U(VI) и Th(IV) в исходных и равновесных водных растворах определяли методом масс-спектрометрии с ионизацией пробы в индуктивно связанной плазме (ICP-MS) с использованием масс-спектрометра XSeriesII (Thermo Scientific, США) при следующих параметрах работы: выходная мощность генератора 1300 Вт; комплект стандартных никелевых конусов; концентрический распылитель PolyCon; кварцевая коническая распылительная камера, охлаждаемая до 3°С; расход плазмообразующего потока аргона 13 л/мин; расход вспомогательного потока аргона 0.9 л/мин; расход потока аргона в распылителе 0.95 л/мин; расход анализируемого образца 0.8 мл/мин. Градуировку спектрометра проводили с использованием одно- и многоэлементных стандартов производства High-Purity Standards (США). Концентрацию U(VI) и Th(IV) в равновесной органической фазе определяли как разницу между концентрациями в исходных и равновесных водных растворах. Коэффициенты распределения элементов (D) рассчитывали как отношение их концентраций в равновесных органической и водной фазах. Погрешность определения коэффициентов распределения не превышала 5%. Концентрацию HNO3 в равновесной водной фазе определяли потенциометрическим титрованием стандартным раствором NaOH.

РСА. Монокристаллы соединения L1 · THF получали перекристаллизацией из ТГФ, а комплексы I и II брали из реакционной смеси. Интенсивности отражений измерены с помощью дифрактометров Bruker Apex II (L1 · THF и I при 120 K) и Bruker Quest (II, 100 K) с использованием MoKα-излучения (λ = 0.71073 Å). Структуры решены с помощью алгоритма SHELXT [21] и уточнены в полноматричном приближении по 2 (hkl). Неводородные атомы уточнены анизотропно. Положения атомов водорода найдены из геометрических соображений и уточнены в изотропном приближении в модели “наездника” с Uiso(H) = 1.2Ueq(X). Монокристаллы L1 · THF являются двойниками, которые удалось разделить с помощью программы PLATON [22] и уточнить с применением инструкций BASF/HKLF 5. Все расчеты проведены с использованием программ SHELXL2014 [23] и OLEX2 [24]. Параметры кристаллов и результаты уточнения приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Кристаллографические данные и параметры эксперимента для соединений L1 · THF, I и II

Параметр Значение
L1 · THF I II
Формула C32H32O3P2 C28H24N2O10P2U C32H32N2O10P2U
Mw 526.51 848.46 904.56
Сингония Моноклинная Моноклинная Орторомбическая
Пр. гр. P21 P21/n P212121
Z 2 4 4
a, Å 8.3734(8) 12.1672(13) 9.5958(2)
b, Å 16.2032(15) 19.666(2) 16.4917(3)
c, Å 11.1046(10) 12.8628(14) 20.7474(4)
β, град 112.1243(18) 105.899(4) 90
V, Å3 1395.7(2) 2960.1(6) 3283.30(11)
ρ(выч.), г см–3 1.253 1.904 1.830
μ, см–1 0.187 5.651 5.101
F(000) 556 1632 1760
Измеренных отражений 12 645 39 731 106 772
Независимых отражений (Rint) 12 645 (0.080) 9080 (0.048) 10 047 (0.045)
Отражений с I > 2σ(I) 11 567 7023 9671
Число параметров 333 388 429
R1 0.0442 0.0273 0.0173
wR2 0.0907 0.0544 0.0385
GOОF 0.996 1.020 1.005
Δρmax/Δρmin, e Å–3 0.54/–0.33 0.55/–1.39 1.29/–0.42
Параметр Флека –0.01(3)   0.040(3)

Дополнительная кристаллографическая информация для L1 · THF, I, II представлена в Кембриджском банке структурных данных (CCDC № 2107403 (L1 · THF), 2107404 (I), 2107405 (II); http:// www.ccdc.cam.ac.uk/structures).

Поверхности полиэдров Вороного построены и проанализированы в комплексе структурно-топологических программ ToposPro [25].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Соединение I получено по ранее описанной методике [19]. Для синтеза 1,3-алкадиена II за основу была взята методика [20], которая после модификации была применена в данном исследовании. 2,5-Диметил-3-гексин-2,5-диол был введен в реакцию с дифенилхлорфосфином в присутствии NaH и 10 мол. % Cu(OTf)2 в ТГФ при 20°С (схема 1 ).

Схема 1 .

Целевой продукт, алкадиен L2, получен и выделен с помощью колоночной хроматографии с выходом 72%. В качестве побочных продуктов образуются (5-хлор-2,5-диметилгекс-3-ин-2-ил)дифенилфосфиноксид (L3) и (2,5-диметилгекс-5-ен-3-ин-2-ил)-дифенилфосфиноксид (L4) с выходами 9 и 7% соответственно. Строение соединений L2–L4 установлено методами ЯМР 1Н, 13С и 31P, ИК-спектроскопии, а состав – с помощью элементного анализа и масс-спектрометрии.

Экстракционные свойства соединений L1, L2 по отношению к f-элементам изучены на примере извлечения микроколичеств U(VI) и Th(IV) из растворов HNO3 растворами экстрагентов в 1,2-дихлорэтане. В качестве соединения сравнения был использован 1,2-бис(дифенилфосфинил)этан Ph2P(O)CH2CH2P(O)Ph2 (L5).

Было рассмотрено влияние концентрации HNO3 в равновесной водной фазе на изменение коэффициентов распределения U(VI) (рис. 1) и Th(IV) (рис. 2) при экстракции растворами 0.001 моль/л соединений L1, L2, L5 в дихлорэтане. Увеличение до 1–2 М HNO3 сопровождается ростом DU и DTh, что связано с высаливающим действием ионов ${\text{NO}}_{3}^{ - }$ и соответствует экстракции этих ионов в виде координационно-сольватированных нитратов [26]. Дальнейший рост концентрации HNO3 приводит к некоторому снижению DU и DTh, что вызвано соэкстракцией азотной кислоты, приводящей к снижению концентрации свободного экстрагента в органической фазе.

Рис. 1.

Зависимость коэффициентов распределения U(VI) от равновесной концентрации HNO3 в равновесной водной фазе при экстракции растворами 0.001 моль/л соединений L1, L2, L5 в дихлорэтане.

Рис. 2.

Зависимость коэффициентов распределения Th(IV) от равновесной концентрации HNO3 в равновесной водной фазе при экстракции растворами 0.001 моль/л соединений L1, L2, L5 в дихлорэтане.

Стехиометрическое соотношение металл : экстрагент в экстрагируемых комплексах определено методом сдвига равновесия. Полученные данные (рис. 3, 4) показали, что соединения L1, L2, L5 в дихлорэтане экстрагируют Th(IV) из азотнокислых растворов в форме дисольватов, а U(VI) преимущественно в форме моносольватов.

Рис. 3.

Зависимость коэффициентов распределения U(VI) от концентрации соединений L1, L2, L5 в дихлорэтане при экстракции из раствора 3 моль/л HNO3.

Рис. 4.

Зависимость коэффициентов распределения Th(IV) от концентрации соединений L1, L2, L5 в дихлорэтане при экстракции из раствора 3 M HNO3.

Для сравнения экстракционной способности соединений L1, L2, L5 по отношению к U(VI) и Th(IV), а также фактора разделения тория и урана (βTh/U = DTh/DU) в табл. 2 представлены данные по экстракции U(VI) и Th(IV) из азотнокислых растворов в сопоставимых условиях. Можно видеть, что введение аллильных и особенно метильных заместителей в алкиленовый мостик молекулы Ph2P(O)CH2CH2P(O)Ph2 (L5) приводит к увеличению эффективности экстракции U(VI) и некоторому снижению экстракционной способности соединений L1 и L2 по отношению к Th(IV).

Таблица 2.

Коэффициенты распределения U(VI) и Th(IV) при их экстракции из раствора 3 М HNO3 0.001 М растворами L1, L2, L5 в дихлорэтане

Экстрагент lg DTh lg DU βTh/U
L1 1.64 0.78 7.2
L2 1.42 2.62 0.06
L5 1.75 –0.04 61.6

Селективность экстракции Th(IV) снижается в ряду соединений L5 > L1 > L2 и соединение L2 экстрагирует U(VI) значительно более эффективно, чем Th(IV). Для этого соединения величина фактора разделения урана и тория (βU/Th) уменьшается от 200 до 16 с ростом концентрации HNO3 в равновесной водной фазе от 0.3 до 3 моль/л. Различие в стехиометрии экстрагируемых комплексов U(VI) и Th(IV) приводит к снижению βU/Th с ростом концентрации соединения L2 в органической фазе.

С целью установления причин, влияющих на экстракционные свойства бисфосфиноксидов L1 и L2, были проведены их структурные исследования. Структура и состав лигандов L1и L2 были установлены с помощью рентгеновской дифракции. Бисфосфиноксид L2 кристаллизуется в виде моногидрата аналогично ранее представленным данным [20], в то время как соединение L1 кристаллизуется с молекулой ТГФ. Данные рентгеновской дифракции показали, что молекула L1 в кристалле L1 · THF реализует плоскую s-транс-конформацию (с углом С=С–С=С, равным 162.6(3)°) (рис. 5), в то время как L2 в L2 · H2O [20] имеет скошенную s‑цис-конформацию с углом поворота между непредельными фрагментами –С=С(СН3)2 86.5(2)°.

Рис. 5.

Молекулярное строение лиганда L1 в представлении атомов тепловыми эллипсоидами (p = 50%).

Нарушение компланарности алкадиенового фрагмента для соединения L2, вероятно, вызвано стерическими взаимодействиями между терминальными метильными группами с бисфосфиноксидными фрагментами. Компланарность фрагмента 1,3-алкадиена в L1 способствует делокализации плотности заряда вдоль этой цепи, что приводит к некоторому удлинению связей C=C (табл. 2). Кроме того, в L1 по сравнению с L2 удлинены связи фосфорильной группы P=O и связи фосфора с 1,3-алкадиеновым скелетом P–C.

Для установления конформационного состава соединений L1 и L2 в жидкой фазе, была привлечена УФ-спектроскопия. Известно, что для определения конформационного состава гибких молекул типа 1,3-алкадиенов широко используется электронная спектроскопия [27]. В частности, было установлено, что при нарушении сопряжения между винильными фрагментами углеродного скелета и реализации скошенной s-цис-конформации, происходит заметное снижение интенсивности полосы поглощение в УФ-спектрах. Данный эффект был ранее продемонстрирован при исследовании фосфорорганических 1,3-алкадиелов [28]. Используя данный прием, нам удалось показать, что УФ-спектры соединений L1 и L2, зарегистрированные в растворе, сильно отличаются. Интенсивность полосы в области 220 нм для соединения L1 почти в полтора больше, чем для соединения L2 (рис. 6). Таким образом, с большой долей вероятности можно утверждать, что конформационный состав бисфосфиноксидов L1 и L2 в твердой фазе и в растворе идентичен.

Рис. 6.

УФ-спектры L1 (1) и L2 (2).

Координационные свойства бисфосфиноксидов L1 и L2 исследованы на примере их реакций с UO2(NO3)2 · 6H2O (схема 2 ). Уранильные комплексы I и II получены с использованием в качестве растворителя СН3СN для лиганда L1 и ДМФА для лиганда L2.

Схема 2 .

С помощью рентгеновской дифракции монокристаллов комплексов I и II установлено, что лиганды L1 и L2 образуют уранильные комплексы в соотношении UO2 : L = 1 : 1. Молекулярный вид комплексов представлен на рис. 7. Координационные полиэдры U(VI)O8 имеют формы гексагональных бипирамид с атомами кислорода уранила в осевых положениях и шестью атомами кислорода в экваториальных. Уранильные группы в I и II практически линейны (177.2(1)° и 178.2(1)°; табл. 3).

Рис. 7.

Молекулярное строение I и II в представлении атомов тепловыми эллипсоидами (p = 50%).

Таблица 3.

Некоторые межатомные расстояния (Å) в структурах L1, L2, I и II

Параметр  L1 L2 [20] I II [Mn(L1)3][MBr4] [29] [Mn(L1)3][M(SCN)4] [30]
U(VI) Mn(II)
U(VI)=O     1.750(2)–1.768(2) 1.768(2)–1.769(2)    
M−OP=O     2.356(2)–2.371(2) 2.334(2)–2.367(2) 2.140(3)–2.154(3) 2.131(2)–2.168(2)
${\text{M}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {{{\text{O}}}_{{{\text{N}}{{{\text{O}}}_{3}}}}}$     2.515(2)–2.540(2) 2.513(2)–2.546(2)    
P=O 1.489(2)–1.494(2) 1.475(1)–1.479(1) 1.503(2)–1.505(2) 1.509(2)–1.517(2) 1.486(3)–1.493(3) 1.483(2)–1.488(2)
P–Cдиен 1.828(2)–1.834(2) 1.803(2)–1.806(2) 1.810(3)– 1.812(3) 1.812(3)–1.814(3) 1.804(3)–1.811(4) 1.801(3)–1.818(4)
P–CPh 1.801(3)–1.812(2) 1.788(2)–1.796(2) 1.787(3)–1.796(3) 1.792(3)–1.808(3) 1.794(4)–1.811(5) 1.785(3)–1.803(3)
C=C 1.341(3)–1.350(3) 1.333(2)–1.338(2) 1.333(4)–1.336(4) 1.344(4)–1.347(4) 1.307(5)–1.326(6) 1.309(5)–1.323(5)
Cдиен–Cдиен 1.489(3) 1.494(3) 1.490(4) 1.515(4) 1.499(6)–1.511(6) 1.496(5)–1.500(6)

Связи U(VI)−OP=O короче, чем связи U(VI)−ON. Длины связей в бисфосфиноксидах L3 и L4 близки к связям в исходном лигаде L2 · H2O [20]. Сходство конформаций лигандов для L2, I и II по сравнению с L1 представлено на рис. 8.

Рис. 8.

Сравнение конформаций лигандов в кристаллах L1 · THF (оранжевый), L2 · H2O [20] (зеленый), I (синий) и II (красный). Наложены атомы групп P=O. Атомы водорода не изображены.

Как следует из рис. 8, конфигурации лиганда в комплексах I и II очень близки друг к другу из-за жесткости семичленного металлоцикла, который допускает вращение только вдоль связей P–CPh. Конформации фосфиноксида L2 · H2O [20] и его в комплексе II в целом также близки друг к другу за исключением поворота одного фрагмента Ph2P=O вдоль связи P–Cдиен на угол около 120°. В то же время конфигурация молекулы L1 в L1 · THF значительно отличается от конфигурации в L3 из-за необычных торсионных углов C=C–P=O. Таким образом, s-транс-конформация лиганда L1, может быть причиной сниженной его экстракционной способности к f-элементам по сравнению с его алкилзамещенными аналогами, в частности лиганда L2.

Другая возможность различного поведения лигандов L1и L2 при экстракции может быть связана с различным составом атомов, формирующих молекулярную поверхность и, как следствие, влияющих на растворимость вещества в гидрофобных растворителях. Удобным приближением, позволяющим оценить вклад различных атомов в площадь молекулярной поверхности и их участие в различных межмолекулярных контактах, являются поверхности молекулярных полиэдров Вороного, образованных всеми областями кристалла, которые ближе к данной молекулe, чем молекулам (или ионам) окружения [31]. Данное представление молекул в кристалле позволяет успешно анализировать особенности упаковки и межмолекулярных взаимодействий в полиморфах [3133], конформационно-гибких молекулах [33, 34] и гомологических рядах соединений [35]. В частности, ранее было установлено, что рост вклада гидрофобных контактов H…H и контактов C…H в общую площадь молекулярной поверхности монокарбоновых кислот сопровождается увеличением их склонности образовывать с двойными солями урана(VI) полиядерные комплексы [35]. В случае L1 · THF и L2 · H2O площадь поверхности молекулы Вороного, которая переходит в гидрофобные взаимодействия C…C, C–H…C и C–H…H–C, равна 460 и 506 Å2 (или 87.5 и 91.7% от общей площади молекулы). В комплексах I и II частичный вклад гидрофобных взаимодействий в площадь молекулы равен 52.9 и 59.6% (327 и 387 Å2). Таким образом, как и следовало ожидать, алкилзамещенные диены и их комплексы должны иметь большую молекулярную поверхность, способную образовывать гидрофобные взаимодействия.

В результате выполненного исследования были изучены экстракционные и координационные свойства 2,3-бис(дифенилфосфинил)бута-1,3-диена (L1) и 3,4-бис(дифенилфосфинил)-2,5-диметилгекса-2,4-диена (L2). С использованием рен-тгеноструктурного анализа и электронной спектроскопии установлено, что соединение L1 имеет преимущественно плоскую s-цис-конформацию. Введение в 1,3-бутадиеновый фрагмент дополнительных заместителей в виде метильных групп (соединение L2) приводит к реализации скошенной s-цис-конформации с углом поворота между непредельными фрагментами –С=С(СН3)2 86.5(2)°. Схожая конформация лигандов была определена и для их уранильных комплексов I и II. При исследовании экстракционных свойств бисфосфиноксидов L1 и L2 была выявлена значительная эффективность экстрагента L2 по сравнению с соединением L1 при извлечении микроколичеств U(VI) из растворов HNO3. Вероятно, это можно объяснить повышенной гидрофобностью бисфосфиноксида L2 и уранильного комплекса II, а также более выгодной конформацией лиганда L2 для формирования комплекса с U(VI).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

  1. Demkowicz S., Rachon J., Das'ko M., Kozak W. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 7101.

  2. Ni H., Chan W.-L., Lu Y. // Chem. Rev. 2018. V. 118. P. 9344.

  3. Baumgartner T., Réau R. // Chem. Rev. 2006. V. 106. P. 4681.

  4. Rozen A.M., Krupnov B.V. // Russ. Chem. Rev. 1996. V. 65. P. 973.

  5. Myasoedov B.F., Kalmykov S.N. // Mendeleev Commun. 2015. V. 25. № 5. P. 319.

  6. Mathew M., Palenik G.J. // Inorg. Chim. Acta. 1971. V. 5. P. 573.

  7. Harrison P.G., Sharpe N.W., Pelizzi C. et al. // Dalton Trans. 1983. P. 921.

  8. Pettinari C., Marchetti F., Cingolani A. et al. // Inorg. Chim. Acta. 1991. V. 312. P. 125.

  9. Spichal Z., Necas M., Pinkas J. // Inorg. Chem. 2005. V. 44. P. 2074.

  10. Al-Resayes S.I., Hitchcock P.B., Nixon J.F. // Chem. Commun. 1991. P. 78.

  11. Beagley B., Dyer G., McAuliffe C.A. et al. // Chem. Commun. 1991. P. 965.

  12. Jin Q.-H., Wu J.-Q., Zhang Y.-Y. et al. // NCS. 2009. V. 224. P. 428.

  13. Lees A.M.J., Platt A.W.G. // Inorg. Chem. 2003. V. 42. P. 4673.

  14. Spichal Z., Necas M., Pinkas J. // Inorg. Chem. 2005. V. 44. P. 2070.

  15. Spichal Z., Petricek V., Pinkas J., Necas M. // Polyhedron. 2008. V. 27. P. 283.

  16. Spichal Z., Necas M., Pinkas J., Zdrahal Z. // Polyhedron. 2006. V. 25. P. 2006.

  17. Berezin A.S., Davydova M.P., Bagryanskaya I.Yu. et al. // Inorg. Chem. Commun. 2019. V. 107. 107473.

  18. Artem’ev A.V., Davydova M.P. et al. // Dalton Trans. 2019. V. 48. № 43. P. 16448.

  19. Pollok T., Schmidbaur H. // Tetrahedron Lett. 1987. V. 28. P. 1085.

  20. Chen F., Xia Y., Lin R. et al. // Org. Lett. 2019. V. 21. P. 579.

  21. Sheldrick G.M. // Acta Crystrallog. A. 2015. V. 71. P. 3.

  22. Spek A.L. // Acta Crystrallog. C. 2015. V. 71. P. 9.

  23. Sheldrick G.M. // Acta Crystrallog. C. 2015. V. 71. P. 3.

  24. Dolomanov O.V., Bourhis L.J., Gildea R.J. et al. // J. A-ppl. Cryst. 2009. V. 42. P. 339.

  25. Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. // Cryst. Growth Des. 2014. V. 14. P. 3576.

  26. Turanov A.N., Karandashev V.K., Kharitonov A.V. et al. // Solvent Extr. Ion Exch. 2000. V. 18. P. 1109.

  27. Штерн Э., Тиммонс Е. Электронная абсорбционная спектроскопия в органической химии. М.: Мир, 1974.

  28. Ратовский Г.В., Сергиенко Л.М., Брель В.К. et al. // Журн. общ. химии. 1983. T. 53. С. 1186.

  29. Berezin A.S., Samsonenko D.G., Brel V., Artem’ev A.V. // Dalton Trans. 2018. V. 47. P. 7306.

  30. Davydova, M.P., Bauer I.A., Brel V.K. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2020. P. 695.

  31. Serezhkin V.N., Serezhkina L.B., Vologzhanina A.V. // Acta Crystallogr. B. 2012. V. 68. P. 305.

  32. Zerezhkin A.N., Savchenkov A.V. // Cryst. Growth Des. 2015. V. 15. P. 2878.

  33. Zerezhkin V.N., Savchenkov A.V. // Cryst. Growth Des. 2020. V. 20. P. 1997.

  34. Vologzhanin A.V., Ushakov I.E., Korlyukov A.A. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 21. P. 8970.

  35. Savchenkov A.V., Klepov V.V., Vologzhanina A.B. et al. // CrystEngComm. 2015. V. 17. P. 740.

Дополнительные материалы отсутствуют.