CC BY
37
УДК 547.243; 548.737
СИНТЕЗ И СТРОЕНИЕ 2,4,6-ТРИНИТРОФЕНОКСИДА ТЕТРАФЕНИЛСУРЬМЫ И ц-ОКСОБИС[(2,4,6-ТРИНИТРОФЕНОКСО)ТРИФЕНИЛСУРЬМЫ]
В.В. Шарутин, О.К. Шарутина, В.С. Сенчурин, А.Н. Неудачина, А.О. Щелоков
ц-Оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)трифенилсурьма] (1) синтезирована из трифенилсурьмы и 2,4,6-тринитрофенола в эфире в присутствии пероксида водорода. Взаимодействием пентафенилсурьмы с 1 или 2,4,6-тринитрофенолом в толуоле получен 2,4,6-тринитрофеноксид тетрафенилсурьмы (2). В молекулярном комплексе 1 координация атомов сурьмы тригонально-бипирамидальная с мостиковым атомом кислорода (Sb-O 1,956(3), 1,965(3) А) и атомами кислорода пикратных групп в аксиальных положениях (Sb-O 2,287(4), 2,268(3) А). В кристалле комплекса 2 присутствуют по два типа кристаллографически независимых катионов [Ph4Sb]+ и пикрат-анионов, связанных между собой слабыми водородными связями C-H--O(Ar) (2,34, 2,44 А).
Ключевые слова: пентафенилсурьма, трифенилсурьма, пероксид водорода, 2,4,6-тринитрофенол, 2,4,6-тринитрофеноксид тетрафенилсурьмы, /л-оксобис[(2,4,б-тринитрофеноксо)трифенилсурьма], молекулярные структуры.
Введение
Известно, что взаимодействие пентафенилсурьмы с фенолами приводит к образованию ароксидов тетрафенилсурьмы [1—4], которые могут быть получены также по реакции перераспределения лигандов из пентафенилсурьмы и диароксидов трифенилсурьмы, где пентафенилсурьма выступает в качестве эффективного фенилирующего агента [3, 5]. Фенилирующая способность пентафенилсурьмы в реакциях с ц-оксобис[(ароксо)трифенилсурьмой] ранее не исследовалась.
Анализ структур ароксидов тетраарилсурьмы показывает, что введение электроноакцепторных заместителей в ароксильный лиганд приводит к искажению тригонально-бипирамидальной координации атома сурьмы и удлинению связи Sb-O [6].
Целью настоящей работы является изучение реакции пентафенилсурьмы с ц-оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)трифенилсурьмой] и установление влияния электроноакцепторных нитрогрупп на структуру полученных соединений.
Обсуждение результатов
Найдено, что пентафенилсурьма реагирует при комнатной температуре в толуоле с ц-оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)трифенилсурьмой] (1) с образованием 2,4,6-тринитрофеноксида тетрафенилсурьмы (2) с выходом 97 %. Вторым продуктом реакции являлся карбонат тетрафенилсурьмы, образование которого легко протекает при контакте промежуточно образующегося оксида тетрафенилсурьмы с углекислым газом воздуха в растворе ароматического углеводорода [7].
2 PhsSb + [Ph3SbOC6H2(NO2b-2,4,6bO ^ 2 [Ph4Sb]+ [ОСбН2(Ш2)з-2,4,6]- + (Ph^O
1 2 (Ph4Sb)2O + CO2 ^ (Ph4Sb)2CO3
ИК-спектр и температура плавления соединения 2 совпадали с аналогичными характеристиками продукта, полученного из пентафенилсурьмы и 2,4,6-тринитрофенола.
PhsSb + НОСбЩШ2)з-2,4,6 ^ [Ph4Sb]+ [ОСбН2(Ш2)з-2,4,6]- + PhH
По данным рентгеноструктурного анализа (РСА), в кристаллах 2 присутствуют два типа кристаллографически независимых катионов [Ph4Sb]+ и пикрат-анионов с близкими геометрическими параметрами (рис. 1). Валентные углы CSbC в катионах (106,7(5)°—114,8(1)°) мало отли-
чаются от значения тетраэдрического угла, длины связей Sb-C изменяются в интервале
2,088(3)-2,103(3) А.
Рис. 1. Строение соединения 2
Отметим, что соединение 2 среди структурно охарактеризованных ароксидов тетрафенилсурьмы является единственным производным, имеющим ионное строение [8]. Молекулы других ароксидов тетрафенилсурьмы имеют конфигурацию тригональной бипирамиды, длина связи Sb-O в которых изменяется в широком диапазоне и возрастает с введением в ароксильную группу электроноакцепторных заместителей, достигая максимального значения в 2,4,6-трибромфеноксиде тетрафенилсурьмы [9]. Три нитрогруппы в ароматическом кольце фенола стабилизируют арокси-анион и уменьшают его основность, при этом фрагмент Ph4Sb переходит в тетраэдрическую конфигурацию. В кристалле 2 катионы и анионы взаимодействуют посредством водородных связей, наиболее прочные из которых показаны на рис. 2.
Рис. 2. Водородные связи в кристалле 2
ц-Оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)трифенилсурьма] (1) была синтезирована по реакции окислительного присоединения из трифенилсурьмы, 2,4,6-тринитрофенола и пероксида водорода в эфире по методике, описанной в [10].
Установлено, что независимо от мольного соотношения (1:2:1 или 1:1:1) трифенилсурьма реагирует с пикриновой кислотой в присутствии пероксида водорода с образованием 1.
2 РЬзБЬ + 2 НОСбН2(Ш2)з-2,4,6 + 2 Н2О2 ^ 1 + 3 Н2О
По данным РСА, в кристалле 1 атомы сурьмы имеют малоискаженную тригонально-
бипирамидальную координацию с атомами кислорода в аксиальных положениях (рис. 3).
Рис. 3. Строение молекулы соединения 1
Значения аксиальных углов О(1^Ь(1)О(8) 176,65(14)° и О(8^Ь(2)О(9) 176,30(12)° практически совпадают между собой. Суммы углов CSbC в экваториальных плоскостях составляют 357,7° и 358,76°. Угол при мостиковом атоме кислорода Sb(1)O(8)Sb(2) равен 142,5(8)°, что близко к величинам аналогичных углов в ц-оксобис[(4-бром,2-формилфенолято)трифенилсурьме], ц-оксобис[(4-ацетил,3-гидроксифенолято)трифенилсурьме] и ц-оксобис[(2,4,6-трибромофенолято)-трифенилсурьме] (142,4(1)°, 143,1(9)° и 143,9(9)° соответственно) [10]. Расстояния Sb(1)-O(8) и Sb(2)-O(8) составляют 1,956(3) и 1,965(3) А соответственно. В структуре 1 расстояния Sb(1)-O(1) (2,287(4) А) и Sb(2)-О(9) (2,268(3) А) значительно длиннее, чем в других оксоарокси-дах трифенилсурьмы (2,129-2,185 А). Длины связей С-О в пикратных группах составляют
1,258(6) и 1,260(6) А и больше таковых для изолированных пикрат-анионов комплекса 2 (1,231(5) и 1,234(4) А). Структурная организация кристалла 1 обусловлена межмолекулярными водородными связями типа N-O•••H-C.
Экспериментальная часть
/и-Оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)трифенилсурьма] (1). Смесь 0,300 г (0,85 ммоль) трифенилсурьмы, 0,195 г (0,85 ммоль) 2,4,6-тринитрофенола, 0,09 мл 30%-ного водного раствора пероксида водорода и 20 мл диэтилового эфира выдерживали 24 ч при комнатной температуре. Получили 0,46 г (92 %) желтых кристаллов I с т. разл. 225 °С. Найдено, %: С 48,83, Н 2,96. Для C48Hз4Ol5N6Sb2 вычислено, %: С 48,92, Н 2,89. ИК-спектр (V, см-1): 3055, 1608, 1575, 1539, 1475, 1437, 1348, 1283, 1169, 1084, 1021, 996, 942, 915, 845, 757, 722, 712, 689, 458.
2,4,6-Тринитрофеноксид тетрафенилсурьмы (2). а) Смесь 0,215 г (0,42 ммоль) пентафенил-сурьмы, 0,250 г (0,21 ммоль) ц-оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)трифенилсурьмы] и 2 мл толуола нагревали 1 час на кипящей водяной бане в запаянной стеклянной ампуле. После вскрытия ампулы и испарения растворителя наблюдали образование кристаллов двух типов: желтых - 2,4,6-тринитрофеноксида тетрафенилсурьмы массой 0,271 г (97 %) с т.пл. 194 °С и неокрашенных -карбоната тетрафенилсурьмы массой 0,185 г (95 %) с т.пл. 221-222 °С. Найдено, %: С 54,55, Н 3,48. Для CзoH22O7NзSb вычислено, %: С 54,73, Н 3,34. ИК-спектр (V, см"1): 3053, 1628, 1605, 1559,
1479, 1436, 1385, 1364, 1333, 1305, 1288, 1262, 1160, 1070, 995, 924, 904, 788, 744, 731, 705, 688, 454, 441.
б) Смесь 0,250 г (0,49 ммоль) пентафенилсурьмы, 0,113 г (0,49 ммоль) 2,4,6-тринитрофенола и 2 мл толуола выдерживавали при комнатной температуре в запаянной стеклянной ампуле 24 часа. Удаляли растворитель. Получили 0,305 г (94 %) желтых кристаллов, ИК-спектр и температура плавления которых совпадали с аналогичными для 2,4,6-тринитрофеноксида тетрафенилсурьмы, полученного способом а).
ИК-спектры снимали на ИК-спектрометре Brnker Tensor 27 в таблетке KBr.
Рентгеноструктурный анализ (РСА) кристаллов 1 и 2 проведен на автоматическом четырехкружном дифрактометре D8 QUEST фирмы Bruker (Mo Ка-излучение, X = 0,71073 А, графитовый монохроматор). Сбор, редактирование данных и уточнение параметров элементарной ячейки, а также учет поглощения проведены по программам SMART и SAINT-Plus [11]. Все расчеты по определению и уточнению структуры выполнены по программам SHELXL/PC [12]. Структуры 1 и 2 определены прямым методом и уточнены методом наименьших квадратов в анизотропном приближении для неводородных атомов.
Основные кристаллографические данные и результаты уточнения структур приведены в табл. 1, основные длины связей и валентные углы - в табл. 2.
Таблица 1
Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структур 1, 2
Параметр Значение
1 2
Формула C48H34N6O15 Sb2 C60H44N6O14Sb2
М 1178,31 1316,51
Т, К 296(2) 296(2)
Сингония Моноклинная Триклинная
Пр. группа P2j/c PI
a, A 11,9168(3) 12,6194(5)
b, A 19,2970(5) 13,5558(5)
c A 20,7034(6) 17,3616(7)
а, град 90,00 100,3400(10)
в, град 90,00 98,443(2)
у, град 90,00 102,7180(10)
F, A3 4760,9(2) 2795,81(19)
Z 4 2
р(выч.), г/см3 1,644 1,564
ц, мм-1 1,211 1,039
F(000) 2344,0 1320,0
Форма кристалла (размер, мм) обломок (0,32 х 0,17 х 0,14) обломок (0,75 х 0,38 х 0,15)
Область сбора данных по 9, град 5,78-52,16 6,1-57,44
-14 < h < 14 -17 < h < 17
Интервалы индексов отражений -23 < k < 23 -18 < k < 17
-25 < l < 25 -23 < l < 23
Измерено отражений 43833 109543
Независимых отражений 6644 14427
Переменных уточнения 640 747
GOOF 1,004 1,021
R-факторы по F2 > 2ct(F2) Rl = 0,0379, wR2 = 0,0874 Rj = 0,0375, wR2 = 0,0894
R-факторы по всем отражениям Rl = 0,0631, wR2 = 0,0948 Rj = 0,0587, wR2 = 0,1033
Остаточная электронная плотность (min/max), e/A3 -0,33/0,69 -0,77/0,93
Таблица 2
Длины связей и валентные углы в структурах 1, 2
Связь d, А Угол ю, град
1
Sb(1)-O(1) 2,287(4) Sb(1)O(8)Sb(2) 142,59(16)
Sb(1)-O(8) 1,956(3) 0(1^Ъ(1)0(8) 176,65(14)
Sb(2)-O(9) 2,268(3) 0(8^Ъ(2)0(9) 176,30(12)
Sb(2)-O(8) 1,965(3) С(1^Ъ(1)С(11) 117,0(2)
БЬС1)-С(1) 2,092(5) С(11^Ъ(1)С(21) 115,33(18)
Sb(1)-C(11) 2,100(4) С(1^Ъ(1)С(11) 125,36(18)
Sb(1)-C(21) 2,102(5) С(41^Ъ(2)С(51) 114,05(19)
Sb(2)-C(41) 2,107(5) С(51^Ъ(2)С(61) 116,09(18)
Sb(2)-C(51) 2,100(4) С(41^Ъ(2)С(61) 128,62(19)
Sb(2)-C(61) 2,095(5)
2
БЪ(1)-С(1) 2,096(3) С(1^Ъ(1)С(11) 113,82(11)
Sb(1)-С(11) 2,103(3) С(1^Ъ(1)С(21) 110,56(10)
Sb(1)-С(21) 2,099(3) С(1^Ъ(1)С(31) 106,74(11)
Sb(1)-С(31) 2,095(3) С(11^Ъ(1)С(21) 110,31(11)
Sb(2)-C(41) 2,101(3) С(11^Ъ(1)С(31) 107,51(11)
Sb(2)-С(51) 2,088(3) С(21^Ъ(1)С(31) 107,61(11)
Sb(2)-С(61) 2,091(3) С(41^Ъ(2)С(51) 108,98(12)
Sb(2)-С(71) 2,100(3) С(41^Ъ(2)С(61) 108,10(13)
0(1)-С(81) 1,234(4) С(41^Ъ(2)С(71) 107,20(13)
0(1)-С(91) 1,231(5) C(51)SЪ(2)C(61) 114,80(13)
C(51)SЪ(2)C(71) 108,62(12)
C(61)SЪ(2)C(71) 108,88(12)
Заключение
Таким образом, установлено, что пентафенилсурьма фенилирует ц-
оксобис[(ароксо)трифенилсурьму] до 2,4,6-тринитрофеноксида тетрафенилсурьмы, кристалл которого образован катионами тетрафенилстибония и фенолят-анионами. Ионное строение 2,4,6-тринитрофеноксида тетрафенилсурьмы можно объяснить устойчивостью пикрат-аниона, обусловленной электронными эффектами нитрогрупп. Акцепторные свойства арокси-группы способствуют удлинению связей Sb-O в молекуле ц-оксобис[(2,4,6-тринитрофеноксо)-трифенилсурьмы], которые существенно превышают сумму ковалентных радиусов атомов.
Литература
1. Синтез, строение и термическое разложение арикситетрафенилстиборанов / В.В. Шару-тин, В.В. Жидков, Д.В. Муслин и др. // Известия Академии наук. Серия химическая. - 1995. -Т. 44. - № 5. - С. 958-964.
2. Реакции пентаарилсурьмы с орто-замещенными фенолами / В.В. Шарутин, О.К. Шарути-на, П.Е. Осипов и др. // Журнал общей химии. - 1997. - Т. 67. - № 9. - С. 1528-1530.
3. Арокситетраарильные соединения сурьмы. Синтез строение и термическое разложение / В.В. Шарутин, О.К. Шарутина, П.Е. Осипов и др. // Журнал общей химии. - 2000. - Т. 70. - № 6. - С.931-936.
4. Сурьмаорганические производные 2,4,6-трибромфенола / В.В. Шарутин, А.П. Пакусина, М.А. Пушилин и др. // Журнал общей химии. - 2003. - Т. 73. - № 4. - С. 573-577.
5. Шарутин, В.В. Пентафенилсурьма и пентафенилвисмут как фенилирующие реагенты в реакциях с органическими соединениями элементов (обзор) / В.В. Шарутин, О.К. Шарутина // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». - 2012. - № 24. - С. 18-31.
6. Шарутина, О.К. Молекулярные структуры органических соединений сурьмы (V) / О.К. Шарутина, В.В. Шарутин. - Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2012. - 395 с.
7. Синтез, строение и реакции ц-оксо-бис(тетрафенилсурьмы) / В.В. Шарутин, O.K. Шарутина, В.С. Сенчурин и др. // Коорд. химия. - 2001. - Т. 27. - № 9. - C. 710-716.
8. Cambridge Crystallografic Database. Release 2014, Cambridge.
9. Особенности строения арильных соединений сурьмы Ar4SbX (X Ф Alk, Ar) / А.П. Пакуси-на, О.К. Шарутина, Т.П. Платонова и др. // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеров-ские сообщения. - 2003. - Т. 4. - № 1. - С. 22-30.
10. Синтез, строение и реакции соединений сурьмы (Ar3SbX)2O, X=Hal, NO2, NO3, OSO2R, OC(O)R’, OAr’ / В.В. Шарутин, А.П. Пакусина, О.К. Шарутина и др. // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. - 2002. - Т. 3. - № 11. - С. 13-22.
11. SMART and SAINT-Plus. Versions 5.0. Data Collection and Processing Software for the SMART System. - Bruker AXS Inc. - 1998. - Madison, Wisconsin, USA.
12. SHELXTL/PC. Versions 5.10. An Integrated System for Solving, Refining and Displaying Crystal Structures From Diffraction Data. - Bruker AXS Inc. - 1998. - Madison, Wisconsin, USA.
Шарутин Владимир Викторович - доктор химических наук, профессор, кафедра органической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected].
Шарутина Ольга Константиновна - доктор химических наук, профессор, кафедра органической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected].
Сенчурин Владислав Станиславович - кандидат химических наук, доцент, кафедра органической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected].
Неудачина Анастасия Николаевна - студент, кафедра органической химии, ЮжноУральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected].
Щелоков Артем Олегович - студент, кафедра органической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: Artyom. [email protected].
Поступила в редакцию 20 июня 2014 г.
Bulletin of the South Ural State University
Series “Chemistry” _______________2014, vol. 6, no. 4, pp. 14-20
SYNTHESIS AND STRUCTURE OF 2,4,6-TRINITROPHENOXIDE TETRAPHENYLANTIMONY AND |u-OXOB/S[(2,4,6-TRINITROPHENOXY)TRIPHENYLANTIMONY]
V.V. Sharutin, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected]
O.K. Sharutina, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected] V.S. Senchurin, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected] A.N. Neudachina, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, neudachka@gmail .com
A.O. Schelokov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected]
|a-Oxobis[(2,4,6-trinitrophenolate)triphenylantimony (I) is synthesized by the oxidative addition reaction of triphenylantimony and 2,4,6-trinitrophenol in ether, in the presence of 30% aqueous hydrogen peroxide solution. 2,4,6-Trinitrophenoxide tetraphenylan-timony (II) were obtained by interaction of pentaphenylantimony with I or 2,4,6-trinitrophenol in toluene. X-ray diffraction analysis of I and II. In the molecular complex I antimony atoms has trigonal-bipyramidal coordination, with the bridging oxygen atom
(Sb-O 1.956(3) and 1.965(3) A), and oxygen atoms picrate groups in the axial positions (Sb-O 2.287 (4) and 2.268(3) A).The crystal of complex II present cations [Ph4Sb]+ and picrate anions interconnected by weak C-H- • 0(Ar)-bonds (2.34, 2.44 A).
Keywords: pentaphenylantimony, triphenylantimony, hydrogen peroxide, 2,4,6-trinitrophenol, 2,4,6-trinitrophenoxide tetraphenylantimony, ji-oxobis[(2,4,6-
trinitrophenolate)triphenylantimony, molecular structures.
References
1. Sharutin V.V., Zhidkov V.V., Muslin D.V., Ljapina N.S., Fukin G.K., Zaharov L.N., Janovskij A.I., Struchkov Ju.T. Synthesis, Structure, and Thermal Destruction of Aroxytetraphenylstiboranes. Russian Chemical Bulletin, 1995, vol. 44, no. 5, pp. 931-936.
2. Sharutin V.V., Sharutina O.K., Osipov P.E., Pushilin M.A., Muslin D.V., Ljapina N.Sh., Zhidkov V.V., Bel'skij V.K. Reactions of Pentaarylantimony with Ortho-Substituted Phenols. Russian Journal of General Chemistry, 1997, vol. 67, no. 9, pp. 1435-1437.
3. Sharutin V.V., Sharutina O.K., Osipov P.E., Vorob'eva E.B., Muslin D.V., Bel'skii V.K. Aroxytetraaryl Antimony Compounds. Synthesis, Structure, and Thermolysis. Russian Journal of General Chemistry, 2000, vol. 70, no. 6, pp. 867-872.
4. Sharutin V.V., Pakusina A.P., Pushilin M.A., Subacheva O.V., Gerasimenko A.V., Gerasimenko E.A. Organoantimony Derivatives of 2,4,6-Tribromophenol. Russian Journal of General Chemistry, 2003, vol. 73, no. 4, pp. 541-545.
5. Sharutin V.V., Sharutina O.K. [Pentaphenylantimony and Pentaphenylbismuth as Phenylation Agents in the Reaction with Organic Compounds of Elements (review)]. Bulletin of the South Ural State University, Ser. Chemistry, 2012, no. 24, pp. 18-31. (in Russ.)
6. Sharutina O.K., Sharutin V.V. Molekulyarnye struktury organicheskikh soedineniy sur'my (V) [The molecular structure of organic compounds of antimony (V)]. Chelyabinsk, South Ural St. Univ. Publ, 2012, 395 p.
7. Sharutin V.V., Sharutina O.K., Senchurin V.S., Platonova T.P., Nasonova N.V., Pakusina A.P., Gerasimenko A.V., Sergienko S.S. ^-Oxo-Bis(Tetraphenylantimony): Synthesis, Structure, and Reactions. Russian Journal of Coordination Chemistry, 2001, vol. 27, no. 9, pp. 669-675.
8. Cambridge Crystallografic Database. Release 2014, Cambridge.
9. Pakusina A.P., Sharutina O.K., Platonova T.P., Smirnova S.A., Gerasimenko A.V., Pushilin M.A. [Structural Features of Aryl Compounds of Antimony Ar4SbX (X ^ Alk, Ar]. Butlerovskie soobshhenija [Butlerov communications], 2003, vol. 4, no. 1, pp. 22-30.
10. Sharutin V.V., Pakusina A.P., Sharutina O.K., Nasonova N.V., Gerasimenko A.V., Pushilin M.A. [Synthesis, Structure, and Reactions Compounds of Antimony (Ar3SbX)2O, X=Hal, NO2, NO3, OSO2R, OC(O)R’, OAr’]. Butlerovskie soobshhenija [Butlerov communications], 2002, vol. 3, no. 11, pp. 13-22.
11. SMART and SAINT-Plus. Versions 5.0. Data Collection and Processing Software for the SMART System. Bruker AXS Inc. 1998. Madison, Wisconsin, USA.
12. SHELXTL/PC. Versions 5.10. An Integrated System for Solving, Refining and Displaying Crystal Structures From Diffraction Data. - Bruker AXS Inc. 1998. Madison, Wisconsin, USA.
Received 20 June 2014
