Ciężki keton - pierwszy stabilny germanon

Ketony, to dobrze znana (prawie) wszystkim grupa związków organicznych (któż z nas nie miał acetonu w rękach?:). 

Mnogość związków należących do tej klasy jest niezwykła, wiele z nich występuje w rozmaitych produktach naturalnych. Z kolei pochodne, w których atom węgla w grupie C=O zastąpiono by cięższym pierwiastkiem grupy 14, nie zostały jak dotąd otrzymane (za wyjątkiem związków, które posiadały bardzo duże podstawniki organiczne oraz stabilizowane były również przez obecność donora pary elektronowej).

Okazało się jednak, iż można uzyskać stabilny, tzw. „ciężki keton”, zawierający prawdziwe, jedyne w swoim rodzaju ugrupowanie Ge=O ! Natrafiłem całkiem przypadkiem jakiś miesiąc temu, w periodyku Nature Chemistry [1], na artykuł opisujący syntezę oraz charakterystykę pierwszego germanonu. Wcześniejsze próby syntezy takich związków nie powiodły się, układy tego typu wykazują wysoką reaktywność i ulegają niemalże natychmiast polimeryzacji. W tym przypadku, naukowcy wykorzystali bardzo duże (potężne wręcz!) ugrupowanie jako podstawnik, a mianowicie grupę 1,1,3,3,5,5,7,7-oktaetylo-s-hydrindacen-4-ylową (będziemy ją oznaczać skrótem Eind). Natomiast uzyskany germanon prezentuje się następująco:

Synteza tego unikalnego związku wydaje się względnie prosta, jako substraty wykorzystano litowaną pochodną Eind oraz addukt chlorku germanu(II) z dioksanem. W pierwszym etapie otrzymuje się trwały germylen, a ten następnie traktowany jest N-tlenkiem trietyloaminy:

Obliczenia teoretyczne oraz reaktywność germanonu wskazują na fakt, iż wiązanie Ge=O jest bardzo mocno spolaryzowane. Co więcej, niektóre z reakcji są wyjątkowe tylko dla tego układu i nie znajdują swego odzwierciedlenia w przypadku zwykłych ketonów. Poniżej prezentuję schematy reakcji, które przeprowadzono w celu scharakteryzowania właściwości „ciężkiego ketonu”:

Zwróćcie uwagę na reakcję z dwutlenkiem węgla, która prowadzi do… cyklicznego produktu reakcji addycji! Ciekawy jest również proces hydrosililowania wiązania Ge=O – powstaje wtedy germasiloksan (a syntezą takich związków zajmujemy się grupie badawczej profesora Marcińca, w której mam przyjemność pracować [2], [3] :). Na sam koniec, dorzucę jeszcze piękną wizualizację struktury krystalicznej "bohatera" dzisiejszego posta, Enjoy! :)

Literatura

[1] A stable germanone as the first isolated heavy ketone with a terminal oxygen atom

[2] A new catalytic approach to germasiloxanes

[3] A new selective approach to unsymmetrical siloxanes and germasiloxanes via O-metalation of silanols with 2-methylallylsilanes and 2-methylallylgermanes

Termochromizm luminescencyjny klasteru CuI z pirydyną

Zapewne niektórzy z Was pamiętają samochodziki zabawki, których kolor ulegał zmianie po zanurzeniu w ciepłej wodzie a następnie, gdy autko znalazło się w ponownie w niższej temperaturze, pierwotny kolor powracał. Zjawisko tego typu nazywa się termochromizmem czyli zależnością barwy danej substancji od temperatury środowiska, w którym się ona znajduje. Fenomenem o podobnej naturze jest termochromizm luminescencyjny, to jest zdolność substancji do zmiany barwy emisji fluorescencji w zależności od temperatury. Ekspertem w zakresie spektroskopii i tym podobnych spraw nigdy nie byłem, ale muszę przyznać, iż zawsze fascynowały mnie różnorodne zjawiska optyczne powiązane z procesami chemicznymi i fizycznymi. Całkiem niedawno, przeglądając niezastąpiony Journal of Chemical Education w celu znalezienia nowych preparatów na laboratoria z chemii nieorganicznej, odkryłem dość świeżą publikację, w której dowiedziałem się jak można w trywialny sposób przygotować ciekawy związek wykazujący wspomniany wyżej termochromizm luminescencyjny. Jako że materiałami do syntezy dysponowałem, jak szalony zabrałem się do syntezy! ;) Omawiany związek jest klasterowym kompleksem jodku miedzi(I) oraz pirydyny. Oto schemat reakcji syntezy oraz procedura doświadczalna:

W zlewce o pojemności 100 mL umieszcza się 1.25 g (6.5 mmol) CuI, 15 mL acetonitrylu oraz mieszadełko magnetyczne. Zawiesinę należy mieszać intensywnie. W trakcie mieszania dodaje się kolejno 25 mg kwasu askorbinowego oraz 0.75 g (4.5 mmol) KI. Całość należy mieszać aż do uzyskania klarownego, żółtego roztworu. W szklanej fiolce rozpuszcza się ok 0.52 mL (6.7 mmol) pirydyny w 5 mL acetonitrylu. Tak przygotowany roztwór pobiera się za pomocą strzykawki a następnie wkrapla do intensywnie mieszanego roztworu CuI. Niemalże natychmiast zaczyna wytrącać się osad. Całość miesza się przez 10 minut, a następnie dodaje 25 mL wody w celu całkowitego strącenia kompleksu. Osad sączy się na lejku ze spiekiem i przemywa wodą destylowaną (dwa razy po 50 mL) oraz jedną porcją etanolu (50 mL). Kompleks należy wysuszyć na powietrzu, bądź w eksykatorze próżniowym. Wydajność – ok. 90%.

Natychmiast po przygotowaniu kompleksu, postanowiłem sprawdzić czy faktycznie uda się uzyskać opisywany w publikacji efekt. Zgasiłem światło, naniosłem niewielką porcję preparatu na szpatułkę oraz ciemną tekturową kartkę, a następnie potraktowałem światłem UV z mojej przenośnej lampki (długość fali – 366 nm). Oto rezultat:

A teraz zobaczcie jak wygląda próbka na szpatułce po zanurzeniu w ciekłym azocie (przypominam: -196^oC !), obok dla porównania próbka w temperaturze pokojowej:

Zdjęcia może nie najlepszej jakości, ale rezultat jest widoczny! :) Po krótkiej chwili, barwa zaczęła znów ulegać zmianie:

Nie omieszkałem się również przygotować czegoś nieco bardziej spektakularnego :) :

Jak widzicie, preparat "działa" doskonale! :) Co więcej, syntezę udało się przeprowadzić z powodzeniem przy użyciu 40-letnich odczynników! (CuI, KI, kwas askorbinowy - wszystkie z POChu, jeszcze z lat 70!). Osoby zainteresowane bardziej tym tematem odsyłam do artykułu Preparation and Luminescence Thermochromism of Tetranuclear Copper(I)–Pyridine–Iodide Clusters w Journal of Chemical Education (gdzie, m. in. podano jak zmienić nieco barwę luminescencji poprzez wykorzystanie podstawionych pochodnych pirydyny). 

Pozdrawiam ;)

Olimpicen

Jak olimpiada, to na całego! I mimo tego, iż pasjonatem sportów nie jestem, to; chemiczna perspektywa olimpiady wydała mi się bardzo ciekawa. W roku 2010 profesorowie Graham Richards i Anthony Wiliams zaproponowali, aby uczcić zbliżającą się olimpiadę syntezą związku, którego struktura odzwierciedlać ma dobrze znane wszystkim logo igrzysk [1]. Syntezy podjęli się Anish Mistry oraz David Fox z University of Warwick, a kolejne jej etapy publikowali na łamach portalu ChemSpider [2]. Doniesienie o ostatniej sekwencji w syntezie pojawiło się pod koniec maja bieżącego roku. Po prawej stronie przedstawiam Wam całą syntezę, w której substratem wyjściowym jest 1-pirenokarboaldehyd. Jak widzicie, synteza tego związku to tylko kilka etapów, w których wykorzystywane są transformacje chemiczne znane dobrze (a przynajmniej mam taką nadzieję:P ) wszystkim studentom po podstawowym kursie chemii organicznej. Badacze postanowili jednak nie tylko uzyskać pożądany związek, ale także... uzyskać obraz jego pojedynczej cząsteczki ;) Dokonano tego dzięki niedawno odkrytej, bardzo dokładnej metodzie tzw. bezkontaktowej mikroskopii sił atomowych. Dzięki temu "ujrzano" niezwykle piękną strukturę, którą prezentuję tutaj na poniższym obrazku [3]:

[1] http://www.chemconnector.com/2012/05/27/the-story-of-olympicene-from-concept-to-completion/

[2] http://www.chemconnector.com/2012/03/14/step-by-step-to-the-synthesis-of-olympicene/

[3] http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-18206015

Mechanizmy reakcji nieorganicznych - prolog

Zapraszam na krótki kurs mechanizmów reakcji nieorganicznych. Swego czasu lektura pewnego artykułu (w Journal of Chemical Education) natchnęła mnie do tego, aby wybrać parę przykładów reakcji nieorganicznych, w których można uzasadnić (często tylko teoretyczny) szlak zachodzących przemian. Autorzy w bardzo ciekawy sposób opisują rozmaite układy i ukazują sensowność wykorzystania tego typu podejścia w dydaktyce. Na dziś przygotowałem tylko jeden smaczek, a mianowicie mechanizm tworzenia się pewnej trichloroborazyny. W tym tygodniu natomiast pojawią się inne przykłady, które będą opatrzone już szerszym komentarzem. Enjoy! :)

Get up and go!

Witajcie!

Stali bywalcy mojego bloga zapewne zauważyli, iż od kilku dni zniknęły wszystkie dotychczas opublikowane posty. Nie mam pojęcia dlaczego tak się stało i kto to uczynił. Faktem jest, że praktycznie cała zawartość bloga została bezpowrotnie stracona. Nie ukrywam, że ta sytuacja mocno mnie zasmuciła, w końcu dużo mojej pracy (chociaż zawsze mogło być więcej!) zostało w ten sposób zniszczone. Nie pozostało więc nic innego jak tylko otrząsnąć się po tej stracie i stanąć z powrotem na nogi! Z tego względu ptaszyna zamieszczona na ilustracji obok nie powinna dziwić. Tak samo jak nowa szata graficzna. Jeżeli dane mi było zacząć wszystko od początku, niechaj i tak będzie. Jeżeli dzięki temu miało być lepiej, niechaj i będzie. A działo się będzie dużo! Przede wszystkim - więcej ciekawostek, więcej materiałów, więcej postów doświadczalnych, więcej chemii :) I chociaż najbliższy rok zapowiada się bardzo pracowicie (ostatni rok doktoratu!), dołożę wszelkich starań aby mój blog po "wskrzeszeniu" stał się jeszcze bardziej interesujący i fascynujący niż dotychczas! Pozdrawiam! :)