КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ И ОКСЕГИНАЦИЯ В СИСТЕМАХ КОБАЛЬТ(II) – ДИАМИН – КИСЛОРОД

Паладе Д.М., Ишков Б.В., Ганнова Ю.Н.
Донецкий национальный технический университет


Источник Ж. Коорд. Химия. – 2003. – Т. 29, – №2. – С. 113 – 116.


         Составлена общая схема равновесий процесса комплексообразования и оксигенации в системах кобальт(II) – диамин (фенантролин или дипиридил) – кислород, включающая реакции: диссоциации протонированных катионов диамина; образования моно-, бис- и трисдиаминных комплексов кобальта(II), образования гидроксоаквокомплекса, гидроксодимера, дигидроксокомплекса (мономера); образования дигидроксодимера различными способами и оксигенации гидроксодимера. На основании уравнений материального баланса по кобальту и диамину, и уравнения электронейтральности составлена математическая модель процесса, и по данным рН-метрических исследований систем в инертной и воздушной атмосфере, а также данных манометрических исследований рассчитаны индивидуальные константы всех стадий процесса. Рассчитаны кривые распределения всех компонентов сис-тем в зависимости от рН.
         Ранее [1 – 4] было показано, что комплексы кобальта(II), содержащие во внутренней координационной сфере две молекулы 1,10-фенантролина (Phen) или 2,2-дипиридила (Dipy) обратимо присоединяют молекулярный кислород с образованием биядерных дикислородных соединений с двумя мостиковыми О2 и -ОН- – группами. Согласно [5 – 7] механизм образования биядерных бимостиковых дикислородных комплексов включает в себе процесс образования мономостиковых дикислородных комплексов.
         При этом подчеркивается, что образование ОН-мостика является следствием присоединения молекулярного кислорода. Однако известно [8], что координированная ионом металла молекула воды обладает значительными, по срав-нению со свободной молекулой, кислотными свойствами. В связи с этим, вне зависимости от процесса присоединения молекулярного кислорода, приводящего к образованию дикислородного комплекса, комплексы-носители молекулярного кислорода, содержащие в своем составе молекулы воды, будут находиться в одном растворе в сложном кислотно-основном равновесии. Подтверждением сказанного служат данные рН-метрических исследований комплексов-носителей молекулярного кислорода в инертной атмосфере [2, 4]. Дополнительным подтверждением служат полученные нами данные одновременной регистрации в процессе оксигенации дифенантролинового и бисдипиридилового комплексов кобальта(II) количества присоединенного кислорода и рН раствора, сразу после смешения растворов исходных веществ наблюдается быстрое падение рН раствора, после чего начинается поглощение молекулярного кислорода. При этом, присоединение молекулярного кислорода протекает практически без изменения рН раствора если отношение [ОН-]:[Со2+] равно 0,5, или с небольшим падением рН, если это отношение меньше 0,5. Таким образом, результаты этих исследований свидетельствуют о том, что в растворе вначале быстро протекают процессы, приводящие к установлению кислотно-основного равновесия, и только затем идет реакция присоединения молекулярного кислорода.
         Полученные ранее [1 – 4] результаты исследования процесса оксигенации дифенантролинового и бисдипиридилового комплексов кобальта(II), а также других комплексов кобальта(II), содержащих во внутренней координационной сфере два бидентатных лиганда, смешаннолигандных фенантролинаминокислотных [9 – 12] и дипиридиламинокислотных комплексов кобальта(II) [13 – 15] позволили предложить альтернативную модель механизма процесса образования биядерных бимостиковых оксигинированных комплексов кобальта(II).
         Схема равновесий включает в себе реакции: депротонирования одной из координированных молекул воды, образования гидроксодимера, присоединение молекулярного кислорода и разрушения оксигенированного комплекса ОН-ионами. Для альтернативной схемы равновесий была составлена математическая модель процесса и рассчитаны индивидуальные константы К1 - К4 [2, 4, 16]. Вместе с тем, более строгое рассмотрение схемы равновесий показывает, что она не охватывает полностью всех реакций, имеющих место в растворе смеси соли кобальта, диамина и кислорода. Во-первых, диамины (фенантролин и дипиридил), являясь основаниями, взаимодействуют с молекулами воды с образованием катионов фенантролиния PhenH+ и дипиридилия DipyH+. Поэтому не весь взятый диамин входит в состав образующихся комплексов. Во-вторых, при обосновании схемы [2, 4] исходили из предположения, что в растворе при соотношении [Со2+]:[АА]=1:2 образуется только один, бисдиаминовый комплекс. Хотя, строго говоря, кроме этих комплексов в растворе образуются определенные количества моно- и трисдиаминовых комплексов. И, в-третьих, разрушение дикислородного комплекса кобальта(II) гидроксил-ионами протекает более сложно.
         Данные исследования зависимости количества присоединенного кислорода от рН раствора (или, что практически тоже самое, от соотношения [ОН-]:[Со2+]) при образовании биядерных мономостиковых дикислородных комплексов кобальта(II) [17] свидетельствует о том, что координированная ионом кобальта молекула кислорода напрямую не замещается на ОН-ион: кривая зависимости количества присоединенного кислорода с повышением рН раствора выходит на насыщение и в дальнейшем от рН раствора не зависит. В случае же наличия во внутренней координационной сфере комплекса – носителя молекулярного кислорода еще одной молекулы воды (кроме той которая замещается на молекулу кислорода), которая участвует в кислотно-основном равновесии, кривая зависимости количества присоединенного кислорода от рН раствора проходит через максимум. Уменьшение количества присоединенного кислорода с повышением рН раствора связано со смещением вправо равновесия. При этом уменьшается концентрация диакво- и увеличивается концентрация гидроксоакво-комплекса. Нарушение условия эквимолярности диакво- и гироксоакво-комплексов, необходимого для образования максимального количества гидроксодимера, ответственного за присоединение молекулярного кислорода, приводит к уменьшению концентрации гидроксодимера. И как следствие, концентрация дикислородного комплекса, уменьшается.

Литература

  1. Паладе Д.М., Шаповалов В.В., Борейко М.К.// Координ. химия. 1975. Т.1. №10. С. 1346.
  2. Паладе Д.М., Шаповалов В.В., Семыкин В.С.// Ж. неорг. химии. 1980. Т. 25. №2. С. 449.
  3. Паладе Д.М., Попов Ю.Л., Шаповалов В.В., Ильина Е.С.// Координ. химия. 1978. Т.4. №2. С. 247.
  4. Паладе Д.М., Линькова В.С., Чудаева Г.В.// Ж. неорг. химии. 1982. Т. 27. №9. С. 2311.
  5. Fallab S.// Chimia. 1970. V.24. №1. P. 76.
  6. Zuberbuhler A., Kaden Th., Kochlin F.// Helv. Chim. Acta. 1971. V.51. №4. P. 1502.
  7. Nakon R., Martell A.E.// Inorg. Nucl. Chem. 1972. V.34. №5. P.1369.
  8. Гринберг А.А. Введение в химию комплексных соединений. М. – Л. Химия. 1971. С. 371.
  9. Шаповалов В.В., Паладе Д.М., Семыкин В.С.// Ж. неорг. химии. 1980. Т. 25. №4. С. 1024.
  10. Семыкин В.С., Паладе Д.М., Шаповалов В.В.// Ж. неорг. химии. 1981. Т. 26. №2. С. 404.
  11. Паладе Д.М., Семыкин В.С., Шаповалов В.В.// Ж. неорг. химии. 1981. Т. 26. №6. С. 1598.
  12. Паладе Д.М., Шаповалов В.В., Семыкин В.С.// Ж. неорг. химии. 1983. Т. 28. №8. С. 2156.
  13. Паладе Д.М., Шаповалов В.В., Линькова В.С.// Ж. неорг. химии. 1983. Т. 28. №6. С. 1495.
  14. Паладе Д.М., Линькова В.С., Шаповалов В.В.// Ж. неорг. химии. 1985. Т. 30. №2. С. 384.
  15. Паладе Д.М., Шаповалов В.В., Семыкин В.С.// Ж. неорг. химии. 1984. Т. 29. №9. С. 2284.
  16. Паладе Д.М.// Координ. химия. 1992. Т.18. №7. С. 729
  17. Паладе Д.М., Шаповалов В.В., Ожерельев И.Д., Ланина И.В.// Ж. неорг. химии. 1983. Т. 28. №12. С. 3067.
  18. Константы устойчивости комплексов металлов с биолигандами./ Под ред. К.Б. Яцемирского. – Киев.: Наукова думка, 1979, 223 с.