CC BY
16
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОКТАЭДРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКСНЫЙ ИОН ЦИНКА С ЛЕЙЦИНОМ Омурзакова Г.Г.1, Туленбаева М.А.2, Камалов Ж.К.3 Em ail: [email protected]
'Омурзакова Гулнара Гуламовна - старший преподаватель; 2ТуленбаеваМавлюда Абдыганиевна - кандидат химических наук, доцент;
3Камалов Жылдызбек Камалович — доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой, кафедра естественнонаучных дисциплин, медицинский факультет, Ошский государственный университет, г. Ош, Кыргызская Республика
Аннотация: в работе проведено квантово-химическое исследование моделей октаэдрических комплексных ионов цинка с лейцином. Рассмотрены два варианта бидентантного связывания лигандов с центральным атомом. Квантово-химическим исследованием комплексного иона цинка с лейцином установлено, что октаэдрический комплексный ион
[Zn3CH'3N02]2+образуется только координацией лиганда к центральному атому через атомы азота и кислорода карбоксильной группы лейцина. Комплексный ион [Zn3CH'з^02]2+не образуется связыванием лейцина через атомы азота и кислорода гидроксильной группы.
Ключевые слова: цинк, комплексный ион, лиганд, лейцин, бидентат, октаэдр, длина связи, порядок связи, валентные углы, эффективный заряд.
OCTAHEDRAL COMPLEX ION OF ZINC WITH LEUCINE Omurzakova G.G.1, Tulenbaeva M.A.2, Kamalov J-К.3
'Omurzakova Gulnara Gulamovna - Senior Lecturer;
2Tulenbaeva Mavluda Abdyganyevna — Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor;
3Kamalov Zhyldyzbek Kamalovich - Professor of Natural Sciences, DEPARTMENT OF SCIENCE DISCIPLINES, MEDICAL FACULTY, OSHSTATE UNIVERSITY, OSH, KYRGYZ REPUBLIC
Abstract: quantum-chemical study of octahedral complexion models of zinc with leucine was held. Two alternatives of bidantate bonding of ligand with central atom were subject to detailed consideration. Quantum -chemical study of ion complex of zinc with leucine determined that octahedral complex ion [Zn3CHl3N02]2+ is formed only by coordinating ligand to central atom through nitrogen atoms and oxygen of carboxyl group of leucine. Complex ion [Zn3CH'3N02]2+ cannot be formed by bonding leucine through nitrogen atom and oxygen of hydroxyl group. Keywords: zinc, complex ion, ligand, leucine, bidentate, octahedron, bond length, bond order, bond angles, effective charge.
УДК: 547. 541.5
Настоящая работа посвящена квантово-химическому исследованию пространственной и электронной структуры октаэдрических комплексных ионов цинка с лейцином [Zn-3C6H13NO2]2+ для определения способа координации лиганда к центральному атому комплексообразователя.
Расчеты геометрических параметров комплексных ионов проводилось с использованием полуэмпирического квантово-химического метода PM3взятого из комплекса программного пакета Hyper Chem.Version 7,5 © Copyright. - 2005. Hyper Cube, Inc. После достижения равновесного пространственного строения моделей комплекса, электронные строения анализировали методом ZINDO/1 [1] в режиме работы "Single point".
В работе [2] рассматривается предполагаемая структура комплексного иона германия с аминокислотами образованная атомом металла и трех бидентатно координированных молекул аминокислоты. Лиганды координируются к комплексообразователю атомами азота аминогруппы и кислородов гидроксильной группы. При этом возможны 2 варианта связывания лиганда с центральным атомом.
1) Связи металл-лиганд (М-Ь) образуются атомом комплексообразователя и атомами азота и кислорода гидроксильной группы лейцина.
2) Связи М-Ь образуются атомами азота и кислорода гидроксильной группы лейцина.
К сожалению в данной работе рассмотрен только первый вариант связывания лигандов с атомом металла. Поэтому представляло интерес выяснить, какой атом кислорода лейцина входит в образование бидентатной координации лигандов к атому комплексообразователя в октаэдрическом комплексе.
В литературе нет никаких сведений по октаэдрическому комплексному иону цинка с лейцином [7п-3С6Н13К02]2+. Однако, вполне возможно образование такого комплексного иона, в котором лейцин бидентатно связывается с центральным атомом через атомы азота и кислорода. Имеющийся в нашем распоряжении комплекс программ по квантово-химическому исследованию дает возможность корректно описать пространственное и электронное строение координационных соединений цинка.
В связи с этим нами изучены два варианта модели комплексных ионов цинка с лейцином, показанные в схеме 1.
Проведенный нами квантово-химическое исследование пространственного и электронного строения октаэдрического комплексного иона, в котором молекулы лейцина бидентатно связываются с центральным атомом через атомы азота и кислорода гидроксильной (С-О2) группы (схема 1а), показало невозможность достижения минимума потенциальной энергии соответствующей данной структуре. Присоединение лигандов данным способом приводит к расхождению квантово-химической задачи. По-видимому, октаэдрический комплексный ион цинка не образуется связыванием лейцина через атомы азота и кислорода гидроксильной группы.
Квантово-химическим моделированием удалось оптимизировать структуру комплексного иона цинка с лейцином, когда центральный ион цинка имеет октаэдрическое окружение атомами азота аминогруппы и кислорода карбоксильной группы молекулы лейцина (схема б). Пространственное строение октаэдрического комплексного иона цинка с лейцином показано на рис. 1.
Рис. 1. Пространственное строение октаэдрического комплексного иона цинка с лейцином
Координационный полиэдр центрального атома можно описать как октаэдр. Октаэдрические валентные углы OZnO, OZnN, (табл.1) отклоняются на 2,5°; 14,5°; 10°,
соответственно по сравнению с правильным октаэдром. Рассчитанные длины связей металл-лиганд лежат в пределах допустимой погрешности метода (табл. 2) и хорошо согласуется с подобными длинами связей полученных рештеноструктурным анализом [3, 4].
Атомы OC1C2N молекулы лейцина при координации практически лежат в одной плоскости и образуют пятичленные гетероциклы с центральным атомом. В модели комплексного иона молекулы лейцина претерпевает не значительные изменения в пространственном строении по сравнению со строением свободного лейцина (табл. 1).
Таблица 1. Валентные углы молекулы лейцина и комплексного иона цинка [1П 3С6 Н13Ый2)2]2+
Валентные углы Сб Н^02 [2л • 3С6 Нп^ЬГ
O1ZnO1 92,5
O1ZnN 76,5
NZnN 100,6
О1С1О2 118,8 119,5
О1С1С2 126,8 122,4
О2С1С2 114,4 125,6
НОС 115,5 118,1
С'С2Ы 105,2 105,8
С2ЫН 109,7 110,7
NCH 106,2 107,6
HNH 105,6 104,5
с'с2с3 113,5 115,9
с2с3с4 117,3 118,3
С3С4 С5 110,9 111,9
С3С4С6 113,8 111,9
С5С4С6 111,2 111,7
HCH 106,6 107,2
Если сопоставить длины связей координированного лейцина в комплексном ионе цинка с аналогичными связями свободного лиганда (табл. 2), то можно отметить следующее. Длина связей С=О' и СО2 мало меняются при переходе от свободной молекулы к координационно связанной. Связь СN удлиняется от 1,47А до 1,52А. Длины остальных связей практически не меняются (табл. 2).
Таблица 2. Длины, связей молекулы, лейцина и комплексного иона цинка [2п 3С6Н13Ы02)2]2+
Связи Сб Н^02 [2л • 3С6 Н^О^Г
ZnО - 2,07
ZnN - 2,24
с'=о' 1,23 1,26
С'-О2 1,31 1,33
О2-Н 0,95 0,96
С1 - С2 1,55 1,53
С2 - Н 1,12 1,13
Ы-С2 1,47 1,52
N -Н 1,01 1,01
С2 - С3 1,56 1,53
С3 - С4 1,55 1,54
С4 - С5 1,54 1,52
С4 - С6 1,55 1,52
С - Н 1,11 1.12
В таблице 3 даны значения эффективных зарядов на атомах лейцина и исследуемого комплексного иона ^•3С6Н13К02)2]2+. Образование комплексного иона приводит к перераспределению электронной плотности в лиганде таким образом, что отрицательные заряды на атомах кислорода О1 и О2 становятся меньше на 0,3е и 0,2е соответственно. Заряды на остальных атомах лиганда изменяются незначительно при координации (табл. 3).
Таблица 3. Эффективные заряды атомов молекулы лейцина и комплексного иона цинка
[2п 3С6Н13Ы02)2]2+
Атом С6 H13NO2 [Zn • 3С6 H13NO2)2]2+
Zn - 0,19
О1 -0,61 -0,31
О2 -0,42 -0,21
Н (О2) 0,23 0,27
С1 0,50 0,43
С2 -0,01 0,04
Н (С2) 0,05 0,09
N -0,19 -0,16
H(N) 0,11 0,16
С3 -0,06 -0,03
С4 0,07 -0,08
С5 -0,15 0,03
С6 -0,15 0,05
Н (С3-С6) 0,04 0,03
В таблице 4 даны рассчитанные порядки связей молекулы лейцина и комплексного иона [7п-3С6Н13К02)2]2+. Из сравнения рассчитанных порядков связей видно, что порядки связей С=0' при координации лиганда становятся меньше, а порядок связи СЫ становится больше. Если проследить тенденцию изменения длин (табл. 2) и порядков связей (табл. 4) при переходе от свободного лиганда к комплексному иону, то несложно заметить, что комплексообразование приводит к ослаблению связи СО1 и упрочнению связи СЫ лейцина, которые входят в пятичленный металлоцикл.
Таблица 4. Порядок связей (№) молекулы лейцина и комплексного иона цинка [1п 3С6Н13Ы02)2]2+
Порядок связи С6 H13NO2 [Zn • 3С6 H13NO2)2]2+
ZnО - 0,39
ZnN - 0,34
С1=О1 1,34 0,99
С'-О2 0,95 0,99
О2-Н 0,93 0,92
С1 - С2 0,94 0,96
С2 - Н 0,96 0,95
N-C2 0,84 0,95
N -H 0,94 0,93
С2 - С3 1,02 0,99
С3 - С4 0,99 0,97
С4 - С5 1,02 1,01
С4 - С6 1,02 1,01
С - Н 0,98 0,97
Таким образом квантово-химическим исследованием комплексного иона цинка с лейцином установлено, что октаэдрический комплексный ион образуется только координацией лиганда к центральному атому через атомы азота и кислорода карбоксильной группы лейцина. Комплексный ион [Zn 3С6 H13NO2)2]2+ не образуется связыванием лейцина с атомом металла через атомы азота и кислорода гидроксильной группы.
Список литературы / References
1. Применение метода MNDO для исследования свойств и реакционной способности молекул / А.А Войтюк. // Журнал структурная химия, 1988. Т. 29. № 1. С. 138-162.
2. Комплексные соединения германия с аминокислотами и карбоновыми кислотами. / Исаев А.Д., Манаикров Т.О., Амбросов И.В. // Патент RU № 2476436. 27.02.2013.
3. Особенности электронного строения молекулы семикарбазида в различных комплексах хлорида цинка / М.А. Саруханов, С.А. Сливко, Ж.К. Камалов // Журнал неорганической химии, 1996. Том 41. № 12. С. 2073-2079.
4. Morazzani-Pelletiez Simonne, Simonne M. Исследование комплексов иона никеля с аминокислотами семейства лейцинов. // J. Chem. Phys. Et Chim. Boil., 1966. Vol. 163. № 2. Р. 278-282.
ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА(Ш) В РАСТВОРАХ ТАРТРАТОВ Тангалычев Р.Д.1, Темников С.Р.2, Фазылова А.Ш.3, Крайнов Д.А.4, Ибрагимова Э.И.5 Email: [email protected]
'Тангалычев Роман Данилович — магистрант, кафедра технологии электрохимических производств, факультет химических технологий; 2Темников Станислав Романович — студент, кафедра оборудования пищевых производств, факультет пищевой инженерии; 3Фазылова Алсу Шакировна — магистрант, кафедра технологии электрохимических производств, факультет химических технологий; 4Крайнов Денис Алексеевич — студент, кафедра оборудования пищевых производств, факультет пищевой инженерии; 5Ибрагимова Эльмира Ильшатовна — магистрант, кафедра технологии электрохимических производств, факультет химических технологий, Казанский национальный исследовательский технологический университет,
г. Казань
Аннотация: исследованы основные закономерности электрофлотационного процесса извлечения ионов железа(Ш) из водных сред в форме дисперсных фаз (тартратов и гидроксидов), влияние рН среды, добавок ПАВ и флокулянтов различной природы. Определены эффективность очистки и подбор наиболее оптимальных условий электрофлотации. Объектами исследования являются модельные растворы, содержащие железо(Ш), в частности тартрат железа, поверхностно-активные вещества и флокулянты различных типов: анионные, катионные, неионогенные. Использован лабораторный непроточный флотатор периодического действия.
Ключевые слова: электрофлотация, тартрат железа, ПАВы и флокулянты.
STUDY OF EXTRACTION SPARINGLY SOLUBE COMPOUNDS OF IRON (III) IN THE TARTRATE SOLUTINS USING ELECTROFLOTATION Tangalychev R.D.1, Temnikov S.R.2, Fazylova A.Sh.3, Kraynov D.A.4,
Ibragimova E.I.5
'Tangalychev Roman Danilovich — master, DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF ELECTROCHEMICAL PRODUCTION, FACULTY OF CHEMICAL TECHNOLOGY; 2Temnikov Stanislav Romanovich — student, DEPARTMENT OF FOOD PRODUCTION EQUIPMENT, FACULTY OF FOOD ENGINEERING; 3Fazylova Alsu Shakirovna — master, DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF ELECTROCHEMICAL PRODUCTION, FACULTY OF CHEMICAL TECHNOLOGY; 4Kraynov Denis Alekseyevich — student, DEPARTMENT OF FOOD PRODUCTION EQUIPMENT, FACULTY OF FOOD ENGINEERING; 5Ibragimova Elmira Ilshatovna — master, DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF ELECTROCHEMICAL PRODUCTION, FACULTY OF CHEMICAL TECHNOLOGY, KAZAN STATE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, KAZAN
Abstract: the main regularities of the electroflotation process for the extraction of iron (III) ions from aqueous media in the form of dispersed phases (tartrates and hydroxides), the influence of the pH of the medium, additives of surfactants and flocculants of various natures are studied. The efficiency of cleaning and the selection of the most optimal conditions for electroflotation are determined. The
