3.1。动力学和机制
强烈的氢键(分子内)发生在配体分子(2,4 - 2,5-DHBA)。络合与铬(III)后才会发生这些强大的打破债券。这两个配体存在中性分子(缩写为DHBA)和monoanions(缩写为DHBA<年代up>- - - - - -年代up>)。在pH < 4铬(III)的存在主要是hexa-aqua单体的离子,[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>6年代ub>]<年代up>3 +年代up>或Cr<年代up>3 +年代up>物种[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>(哦)<年代up>2 +年代up>或[Cr (OH)]<年代up>2 +年代up>在少量存在。然而,反应[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>(哦)<年代up>2 +年代up>应该考虑在pH值范围3 - 4自
pK
一个
(Cr<年代up>3 +年代up>/ (Cr (OH))<年代up>2 +年代up>)4 (
12 ,
13 ]。
两个配体的离解平衡(酸)和[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>6年代ub>]<年代up>3 +年代up>复杂的是
(1)
DHBA
⇌
DHB
一个
- - - - - -
+
H
+
K
1
(2)
DHBA
- - - - - -
⇌
DHBA
2
- - - - - -
+
H
+
K
2
(3)
DHBA
2
- - - - - -
⇌
DHBA
3
- - - - - -
+
H
+
K
3
(4)
Cr
(
H
2
O
)
6
3
+
⇌
Cr
(
H
2
O
)
5
(
哦
)
2
+
+
H
+
K
一个
(5)
PH值
<
4
反应建议是一个多步骤的过程,因为有一个吸光度下降在短的反应时间,提高反应时间延长。由于质子化作用的配体,团体(羟基和羧基)有效地阻止,因此铬(III)的攻击只能发生在他们身上的释放质子,提供强氢键是第一个打破。这导致pH值降低解决方案(图
3 )。
pH值和时间块典型DHBA /铬(III)的混合物。条件:(a) (2, 4-DHBA)<年代ub>0年代ub>= 4,87
· 10<年代up>2年代up>M(铬(III))<年代ub>0年代ub>= 2,50 10<年代up>3年代up>M T = 298 K;(b) (2, 5-DHBA)<年代ub>0年代ub>= 4,87
· 10<年代up>2年代up>M(铬(III))<年代ub>0年代ub>= 2,50
· 10<年代up>3年代up>M T = 298 K。
(一)
(b)
这一事实第二阶一步被发现是独立的配体和铬(III)浓度表明转换发生在第一个复杂,形成在第一次袭击了铬(III)配体。
在第一步中,反应物的活性形式之间的反应和铬(III)发生,导致复杂的形成
一个 。第一步,特点是一个吸光度降低了通过实验在低温下进行。这一步是紧随其后的是慢的第二步,也就是独立的配体和铬(III)浓度。
亮绿色复杂的形成,
C<年代ub>1年代ub>
,从最初紫色(
Cr
(
aq
)
3
+
(图)和无色配体解决方案
4 )是观察在反应物的混合。的描述
C<年代ub>1年代ub>
,亮绿色复杂,作为一个氧气连接的铬(III)支持的化合物是UV / vis光谱(
λ
马克斯
=
579年
415海里),形成动力学和随后的转换(替换)动力学。关联的所有动态数据和光谱吸光度下降期间获取的假定开始已经相关复杂
C<年代ub>1年代ub>
。
紫外可见光谱的铬(III) / DHBA解决方案:(a)(铬(III)) = 9.0
· 10<年代up>3年代up>M和[2,4-DHBA] = 9.0<年代up>。年代up>10<年代up>3年代up>M;(b)(铬(III)) = 9.0
· 10<年代up>3年代up>M和[2,5-DHBA] = 9.0<年代up>。年代up>10<年代up>3年代up>M。
(一)
(b)
在图
5 反应混合物的光谱被记录在不同时期混合后,从复杂
C<年代ub>1年代ub>
。最后频谱对应于复杂
C<年代ub>2年代ub>
。光谱记录在中间时间对应的混合物
C<年代ub>1年代ub>
和
C<年代ub>2年代ub>
。
(a)的紫外可见光谱反应混合物铬(III) / 2, 4-DHBA。左边的光谱:[2,4-DHBA] = 85
· 10<年代up>3年代up>M [Cr (III)] = 0067, T = 288 K。右边的光谱:[2,4-DHBA] = 85
· 10<年代up>3年代up>M(铬(III)) = 0, 09年M T = 298 K。(b)的紫外可见光谱反应混合物铬(III) / 2, 5-DHBA。左边的光谱:[2,5-DHBA] = 85
· 10<年代up>3年代up>M(铬(III)) = 0, 09年M T = 288 K。右边的光谱:[2,5-DHBA] = 85
· 10<年代up>3年代up>M(铬(III)) = 0, 09年M T = 298 K。
(一)
光谱混合后记录在不同时期:13分钟,23分钟,33分钟,63分钟,134分钟,154分钟,184分钟
(b)
光谱混合后记录在不同时期:80分钟、280分钟、480分钟、680分钟、880分钟、1080分钟、1280分钟、1500分钟
(c)
光谱混合后记录在不同时期:13分钟,23分钟,33分钟,73分钟,162分钟,202分钟,526分钟
(d)
光谱混合后记录在不同时期:60分钟、260分钟、460分钟、660分钟、860分钟、1060分钟、1200分钟
3.1.1。第一阶段的反应:首先攻击铬(III)的配体
第一阶段(
k
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
)的特点是一个吸光度下降在575 nm (d d过渡
Cr
(
aq
)
3
+
)。[Cr (H的攻击<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>哦)<年代up>2 +年代up>羧基配体组织导致复合物
C<年代ub>1年代ub>
,
C<年代ub>2年代ub>
导致转移平衡(
4 向右)。的
k
1
途径发生的袭击[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>哦)<年代up>2 +年代up>在羧基配体组导致复合物的H<年代up>+年代up>质子化了的。
为了获得信息有多少配体反应的第一步,的依赖
k
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
在配体浓度进行了研究。的第一阶段的动力学反应(
k
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
)一阶速率定律。一阶速率常数被发现有一个线性依赖配体浓度(图
6 ),也就是说,服从的关系
k
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
=
k
1
(
DHBA
]
+
C
。
配体浓度的依赖关系
k
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
。条件:(a) (2, 4-DHBA) = 2, 92 - 4、87 10<年代up>2年代up>米,铬(III) = 2, 50 10<年代up>3年代up>M T = 296 K, (b) [2, 5-DHBA] = 2, 92 - 4, 06
· 10<年代up>2年代up>米,铬(III) = 2, 50
· 10<年代up>3年代up>M T = 279 K。
(一)
(b)
反应的测量进行了2,4-DHBA铬(III)在281年,287年,290年,296 K和5-DHBA铬(III)在279年,283年,291年,298 K。
温度低于298 K图的情节
6 线性在实验误差,温度298 K以上第二反应(
k
2
)涉及螯合变得重要。
3在我们的研究中,4-dixydroxylphenylpropionic酸与铬(III) [
14 我们观察到一个逆依赖[H<年代up>+年代up>]讨论了ligand-H的可能性<年代up>+年代up>也就是说,DHBA<年代up>- - - - - -年代up>反应
Cr
aq
3
+
或DHBA反应(Cr (OH))<年代up>2 +年代up>。
一个我<年代ub>d年代ub>机制预计步骤1自共轭碱的活性物种只能[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>哦)<年代up>2 +年代up>它离解反应的机制
我
d
支持(
15 ]
, 因为强烈的不稳定协调的效果
哦
- - - - - -
大概在反式H<年代ub>2年代ub>结果10 O<年代up>2年代up>-10年<年代up>3年代up>倍增强率在hexa-aqua羟基-离子。
因此,第一攻击(Cr (OH))之间的反应<年代up>2 +年代up>的质子化了的分子配体可以提出方案
1 ),反应导致质子释放(pH值减少)。在螯合反应,质子释放也将导致进一步的pH值降低。为2的反应,因此4-DHBA和2,5-DHBA与铬(III),可以提出的机制,根据实验结果(速率定律)
(6)
(
Cr
(
H
2
O
)
6
]
3
+
⇌
(
Cr
(
H
2
O
)
5
(
哦
)
]
2
+
+
H
+
K
一个
DHBA
+
H
+
⇌
(
DHBAH
]
+
K
b
(
DHBAH
]
+
+
(
Cr
(
H
2
O
)
5
(
哦
)
]
2
+
→
(
Cr
(
H
2
O
)
5
(
哦
)
(
DHBAH
+
)
]
3
+
→
k
1
→
(
Cr
(
H
2
O
)
5
(
DHBA
- - - - - -
)
]
2
+
+
H
3
O
(
Cr
(
H
2
O
)
5
(
DHBA
- - - - - -
)
]
2
+
→
k
2
(
Cr
(
H
2
O
)
4
(
DHBA
2
- - - - - -
)
]
+
+
H
3
O
+
K
一个
=
(
Cr
(
H
2
O
)
5
(
哦
)
2
+
]
(
H
+
]
/
(
Cr
(
H
2
O
)
6
3
+
]
K
b
=
(
DHBAH
+
]
/
(
DHBA
]
(
H
+
]
方案1
可能的反应机理铬(III)与2、4和2,5-dihydroxybenzoic酸在弱酸性水的解决方案。
因此,R =
k
1
[DHBAH<年代up>+年代up>][Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>(哦)<年代up>2 +年代up>),用[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>(哦)<年代up>2 +年代up>]和[DHBAH<年代up>+年代up>),结果如下:
R =
k
1
K
b
[DHBA] [H<年代up>+年代up>]
K
一个
[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>6年代ub>3 +年代up>]/ [H<年代up>+年代up>]=
k
1
K
b
K
一个
[DHBA] [Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>6年代ub>3 +年代up>]
和
k
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
=
k
1
K
b
K
一个
(DHBA)(超过DHBA)。
的
k
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
依赖铬(III)和配位体浓度进行了研究,以发现如果另一个铬(III)离子和/或配体分子进入复合C<年代ub>1年代ub>在步骤1中产生。
DHBA和铬(III)的浓度没有影响速率常数
k
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
在浓度范围的应用图所示
7 。更高的浓度是不可能实现由于溶解度的原因2,4 - 2,5-DHBA弱酸性水的解决方案。的
k
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
值,DHBA和铬(III)浓度范围研究,给出了在不同温度下表
1 和相应的
Δ
H
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
≠
,
Δ
年代
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
≠
值在表
2 。
配体和铬(III)浓度的依赖关系
k
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
。条件:(a) (2, 4-DHBA) = (6.64 - -8.85) 10<年代up>3年代up>米,铬(III) = 1.25十<年代up>3年代up>M T = 313 K, (b) [2, 5-DHBA] = (4, 42 - 8.85) 10<年代up>3年代up>米,铬(III) = 1.25十<年代up>3年代up>M T = 313 K, (c) [2, 4-DHBA] = 8.8510<年代up>3年代up>米,铬(III) = (4.5 - -9.00) 10<年代up>2年代up>M T = 313 K, (d) (2, 5-DHBA) = 8.85十<年代up>3年代up>米,铬(III) = (4.5 - -9.0) 10<年代up>2年代up>M T = 308 K。
(一)
(b)
(c)
(d)
激活参数推导出的温度依赖实验和导致活性复合物的结构和类型的发生机制。的负
Δ
年代
≠
(
Δ
年代
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
≠
)显示一个关联的第一阶段反应的机制。[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>哦)<年代up>2 +年代up>然而,如上所述,反应/之前我<年代ub>d年代ub>机制。这表明,复合活化参数
Δ
Η
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
≠
=
Δ
Η
0
+
Δ
Η
1
≠
和
Δ
年代
1
(
奥林匹克广播服务公司
)
≠
=
Δ
年代
0
+
Δ
年代
1
≠
应用在哪里
Δ
H
0
和
Δ
年代
0
对应于一个预平衡K<年代ub>0年代ub>和
Δ
H
1
≠
和
Δ
年代
1
≠
对应于第一步(络合,
k<年代ub>1年代ub>
)。
因此产生的负的
Δ
年代
≠
以及由此产生的价值
Δ
H
≠
不对应于步骤1,发生的吗<年代ub>d年代ub>机制由于活性物种[Cr (H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>5年代ub>哦)<年代up>2 +年代up>。
的负
Δ
年代
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
≠
,配体上的独立(s)和铬(III)的浓度
k
2
(
奥林匹克广播服务公司
)
消光系数的增加(吸光度的增加),和pH值降低(图
3 )导致学习的任务转换的联想激活置换反应的水分子从铬(III)协调领域通过螯合配位体(s),同时伴随着质子释放(计划
1 )。
第二阶段的吸光度增加是由于螯合和pH值下降是由于释放质子在这些反应(图
3 ,计划
1 )。这些变化是由于氧气连接形成的铬(III) -DHBA酸复杂(
k
1
),其次是螯合(
k
2
)。
1:1的化学计量学的反应铬(III)与2,4 - 2,5-DHBA提出,根据观察到的
k
1
依赖配体浓度和铬(III)的螯合反应中心。按照产生的化学计量学动力学中孤立的元素分析结果固体形成最终产品。隔离是通过添加KOH溶液在最后的反应混合物。因此实验C = 11.82%, H = 3.49%对应百分比公式[Cr (2, 5-DHB
一个
- - - - - -
3
H
)(H<年代ub>2年代ub>O)<年代ub>4年代ub>]<年代up>。年代up>3先<年代ub>3年代ub>。年代up>8 h<年代ub>2年代ub>O (MW = 722)的百分比计算(理论值)C和H C = 11.63%, H = 3.74%。
因此,形成的
C<年代ub>2年代ub>
,最终的螯合复杂,实际上发生在至少两个阶段。
3.1.2。结构的活性复合物< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M104 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mn > 1 < / mml: mn > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml:莫>≠< / mml:莫> < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >和< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " M105 " > < mml: mrow > < mml: msubsup > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mn > 2 < / mml: mn > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml:莫>≠< / mml:莫> < / mml: mrow > < / mml: msubsup > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >
这些都是在计划
2 。关联机制被发现手术在铬(III)的反应
4 ,
16 ,
17 ]。的负熵的激活
Δ
年代
≠
已经计算出我们的系统显示一个关联的激活模式。原来的复杂
C<年代ub>1年代ub>
也可能是一个螯合物本身。这很容易解释化合物的形成包含Cr-O债券。激活的负熵
Δ
年代
≠
然而,建议的形成从反应物少组织更加结构化的过渡状态。因此,复杂的
C<年代ub>1年代ub>
不在螯合形式和机制所示方案
1 因此支持。如果
k
2
通过外部的攻击路径进行复杂的配体
C<年代ub>1年代ub>
,
k
2
路径可以配体浓度依赖性。建议机制酚组作为内部攻击组chromium-bound H<年代ub>2年代ub>H O分子和供应一个质子<年代ub>2年代ub>O在同一复杂(计划
2 ),这是发布的H<年代ub>3年代ub>O<年代up>+年代up>。
方案2
激活复合物
C
1
≠
和
C
2
≠
。
最终的产品
C<年代ub>2年代ub>
可能是通过其氧羧基螯合。不支持这种方案由于五元环,根据建议的机制,形成更加稳定的四元环的结果如果羧基发生螯合。
展品的UV / vis谱最大值在575 nm,肩膀在412 nm (d→d转换铬(III))络合后的变化,正如所料,由于连续配位场的变化。这是由于新的配体(s)在协调领域进入的铬(III)。水分子是由配体组织导致所取代
C<年代ub>1年代ub>
最后
C<年代ub>2年代ub>
。保存酸性表明氧化条件没有发生,唯一的变化,预计在光谱中只有那些被由配位场的变化引起的。这意味着只有一个转变的最大和肩膀在紫外区域的消失;这最后的变化是由于生成的复合物的高吸收率,隐藏的肩膀。
首先形成复杂的螯合产生PhO-bound铬(III)的物种,以UV / vis光谱和动力学行为是典型的其他已知的复合物含有Cr-O债券(s) (
16 ,
17 ]。