Теоретическое и ИК-спектроскопическое исследование структуры поли-5-винилтетразолата меди(II) и продукта его термолиза

  • Виталий Эдвардович Матулис Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-9714-9087
  • Екатерина Георгиевна Рагойжа Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-8344-8438
  • Александр Викторович Зураев Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0001-6933-0524
  • Юрий Викторович Григорьев Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-8153-835X
  • Олег Анатольевич Ивашкевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-1-19-31

Аннотация

Методами теории функционала плотности и ИК-спектроскопии исследовано строение поли-5-винилтетразолата меди(II) и продукта его термолиза. Путем анализа вычисленного распределения молекулярного электростатического потенциала, а также сопоставления рассчитанного для модельных структур и экспериментального ИК-спектров установлены преимущественные способы координации ионов меди и тетразольных лигандов в поли-5-винилтетразолате меди(II). Показано, что наилучшее согласие между расчетными и экспериментальными данными наблюдается для модельной структуры с трехкоординированными ионами меди, которая включает тетразольные циклы, координирующие два иона меди(II) через атомы N(1) и N(3), и циклы, координирующие один ион меди через атом азота N(2) или N(3). На основании анализа экспериментального ИК-спектра продукта термолиза с учетом возможностей расщепления связей в условиях термолиза предложены семь структур возможных продуктов, рассчитаны их ИК-спектры и результаты расчетов сопоставлены с экспериментом. Показано, что основным продуктом термолиза является цис-полицианоацетилен.

Биографии авторов

Виталий Эдвардович Матулис, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; доцент кафедры неорганической химии

Екатерина Георгиевна Рагойжа, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студентка химического факультета. Научный руководитель – Виталий Э. Матулис

Александр Викторович Зураев, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; научный сотрудник лаборатории химии конденсированных сред

Юрий Викторович Григорьев, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; заведующий лабораторией химии конденсированных сред

Олег Анатольевич Ивашкевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

академик НАН Беларуси, доктор химических наук; первый проректор

Литература

  1. Ostrovskii VA, Koldobskii GI, Trifonov RE. Tetrazoles. In: Katritzky AR, Ramsden CA, Scriven EVF, Taylor RJK, editors. Comprehensive Heterocyclic Chemistry III. Volume 6. Oxford: Elsevier; 2008. p. 257– 423.
  2. Voitekhovich SV, Lesniak V, Gaponik N, Eychmüller A.Tetrazoles: unique capping ligands and precursors for nanostructured materials. Small. 2015;11(43):5728–5739. DOI: 10.1002/smll.201501630.
  3. Finnegan WG, Henry RA, Skolnik S, inventors. Polymers of substituted tetrazoles. Patent US 3004959A. 1961 October 17.
  4. Lesnikovich AI, Levchik SV, Balabanovich AI, Ivashkevich OA, Gaponik PN. The thermal decomposition of tetrazoles. Thermochimica Acta. 1992;200:427– 441. DOI: 10.1016/0040-6031(92)85135-I.
  5. Zimmerman DM, Olofson RA. The rapid synthesis of 1-substituted tetrazoles. Tetrahedron Letters. 1969;10(58):5081–5084. DOI: 10.1016/S0040-4039(01)88889-4.
  6. Levchik SV, Ivashkevich OA, Balabanovich AI, Lesnikovich AI, Gaponik PN, Costa L. Thermal decomposition of tetrazole-containing polymers. I. Poly-5-vinyltetrazole thermolysis. Thermochimica Acta. 1990;168:211–221. DOI: 10.1016/0040-6031(90)80640-K.
  7. Klapötke TM, Sproll SM. Nitrogen-rich polymers based on 5-bromo-1-vinyl-1H-tetrazole. European Journal of Organic Chemistry. 2010;2010(6):1169–1175. DOI: 10.1002/ejoc.200901226.
  8. Levchik SV, Balabanovich AI, Ivashkevich OA, Gaponik PN, Costa L. Thermal decomposition of tetrazole-containing polymers. V. Poly-1-vinyl-5-aminotetrazole. Polymer Degradation and Stability. 1995;47(3):333–338. DOI: 10.1016/0141-3910(94)00130-8.
  9. Gaponik PN, Ivashkevich OA, Karavai VP, Lesnikovich AI, Chernavina NI, Sukhanov GT, Gareev GA. Polymers and copolymers based on vinyltetrazoles. 1. Synthesis of poly(5-vinyltetrazole) by polymer-analogous conversion of polyacrylonitrile. Macromolecular Materials and Engineering. 1994;219(1):77–88. DOI: 10.1002/apmc.1994.052190107.
  10. Gaponik PN, Ivashkevich OA, Lesnikovich AI, Chernavina NI, Sukhanov GT, Gareev GA. Polymers and copolymers based on vinyltetrazoles. 2. Alkylation of poly(5-vinyltetrazole). Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 1994;219(1):89–99. DOI: 10.1002/apmc.1994.052190108.
  11. Lesnikovich AI, Levchik SV, Ivashkevich OA, Bolvanovich EE, Gaponik PN, Korsunskii BL. Thermal decomposition of tetrazole-containing polymers. Part 3. Thermolysis of poly-1-vinyltetrazole. Thermochimica Acta. 1993;215:303–313. DOI: 10.1016/0040-6031(93)80106-K.
  12. Zuraev AV, Grigoriev YV, Ivashkevich LS, Lyakhov AS, Ivashkevich OA. Copper-polymer nanocomposite catalyst for synthesis of 1,4-diphenylbutadiyne-1,3. Zeitschrift für anorganische und allgemeine chemie. 2017;643(19):1215–1219. DOI: 10.1002/zaac.201700213.
  13. Zuraev AV, Grigoriev YV, Budevich VA, Ivashkevich OA. Copper-polymer nanocomposite: an efficient catalyst for green Huisgen click synthesis. Tetrahedron Letters. 2018;59(16):1583–1586. DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.03.028.
  14. Becke AD. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. Journal of Chemical Physics.1993;98(7):5648–5652. DOI: 10.1063/1.464913.
  15. McLean AD, Chandler GS. Contracted Gaussian basis sets for molecular calculations. 1. Second row atoms, Z = 11–18. Journal of Chemical Physics. 1980;72(10):5639–5648. DOI: 10.1063/1.438980.
  16. Rappoport D, Furche F. Property-optimized Gaussian basis sets for molecular response calculations. Journal of Chemical Physics. 2010;133(13):134105–134111. DOI: 10.1063/1.3484283.
  17. Francl MM, Pietro WJ, Hehre WJ. Self-consistent molecular orbital methods. XXIII. A polarization-type basis set for secondrow elements. Journal of Chemical Physics. 1982;77(7):3654 –3665. DOI: 10.1063/1.444267.
  18. Dolg M, Wedig U, Stoll H. Energy-adjusted ab initio pseudopotentials for the first row transition elements. Journal of Chemical Physics. 1987;86(2):866–872. DOI: 10.1063/1.452110.
  19. Igel-Mann G, Stoll H, Preuss H. Pseudopotentials for main group elements (IIIA through VIIA). Molecular Physics. 1988;65(6):1321–1328. DOI: 10.1080/00268978800101811.
  20. Scalmani G, Frisch MJ. A continuous surface charge formalism for the polarizable continuum model of salvation. Journal of Chemical Physics. 2010;132(11):114110–114115. DOI: 10.1063/1.3359469.
  21. Frisch MJ, Trucks GW, Schlegel HB, Scuseria GE, Robb MA, Cheeseman JR, et al. Gaussian 09, revision D01, 2012. Wallingford CT: Gaussian, Inc.; 2009.
  22. Nichick MN, Voitekhovich SV, Lesnyak V, Matulis VE, Zheldakova RA, Lesnikovich AI, Ivashkevich OA. 1-Substituted tetrazole-5-thiol-capped noble metal nanoparticles. Journal of Chemical Physics C. 2011;115(34):16928–16933. DOI: 10.1021/jp205649y.
Опубликован
2020-03-05
Ключевые слова: теория функционала плотности, ИК-спектроскопия, поли-5-винилтетразол, термолиз, поли-5-винилтетразолат меди(II)
Как цитировать
Матулис, В. Э., Рагойжа, Е. Г., Зураев, А. В., Григорьев, Ю. В., & Ивашкевич, О. А. (2020). Теоретическое и ИК-спектроскопическое исследование структуры поли-5-винилтетразолата меди(II) и продукта его термолиза. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 19-31. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2020-1-19-31
Выпуск
№ 1 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2020 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).