Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

COORDINATION COMPOUNDS OF SULPHATES OF BIVALENT METALS WITH NITROGEN-CONTAINING HETEROCYCLIC LIGAND

Malabaeva A.M. 1 Shyytyeva N. 1 Berdalievа Zh. 1 Alamanova E.A. 1
1 Institute of Chemistry and Phytotechnologies of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic
This present article is devoted to the synthesis and study of the physicochemical properties of Cobalt (II) and Nickel (II) sulfates coordination compounds with nitrogen – containing heterocyclic ligand-imidazole. In studies of phase equilibrium in triple water-salt systems CoSO4−C3H4N2−H2O(I) and NiSO4−C3H4N2−H2O(II) at 25 °C congruent-soluble coordination compounds of [Co(C3H4N2)6]SO4•2H2O(I) and [Ni(C3H4N2)6]SO4•2H2O(II) wave detected. On the basis of thermal, x-ray phase analysis and IR spectroscopy that the coordination polyhedron composition (II) and (II) is completed to an octahedron with coordination monodentate six molecules of imidazole, and azide and Aqualand at the outer coordination sphere. The composition, characteristics, and structures of complexes (I) and (II) have been studied by various methods of physics-chemical analysis. Based on a comparative analysis of ligand thermolysis processes and complexes, the decomposition mechanism was detected: complexes (I) and (II) are decomposed with a stepwise removal of crystallization water and a heterocyclic ligand-imidazole. The stage of thermal transformations depends on the nature of the acidide, the complexing ion and the chelate structure of the complexes. From XRD data, the interplanar distances, intensity of diffraction peak, cell parameters and spatial group were calculated. It was revealed, that the crystals of the complexes (I) and (II) belong to the monoclinic system. IR spectroscopy showed that imidazole revealing itself as a monodentate ligand, coordinating with metals through the pyridine N-atom of the imidazole cycle.
IR spectroscopy
x-ray phase analysis
thermo gravimetric analysis
complex
Nickel sulfate
Cobalt sulfate
imidazole

В последнее время все больший интерес для биокоординационной химии представляет синтез, физико-химические исследования и оценка биоактивности комплексов гетероциклических лигандов с солями «биогенных» металлов. Во многих случаях лиганды, находясь в составе комплексов, проявляют биоактивность, не свойственную лигандам в свободном состоянии. Например, потенциально биоактивный N,-N-содержащий лиганд – имидазол и его производные – в комплексе с биометаллами в силу синергетического эффекта может проявить ещё большую биоактивность, чем исходные компоненты, что в дальнейшем приведет к получению новых лекарственных препаратов широкого спектра действия.

К тому же имидазолы известны своей фармакоактивностью и представляет собой важный класс биоактивных соединений основных исходных реагентов для синтеза многих препаратов биомедицинского назначения и обладают антимикробными [1], антигрибковыми [2], антигельминтными [3, 4], а также противоопухолевыми [5] и противотуберкулезными [6] свойствами. Вместе с тем многие имидазолы обладают рядом побочных эффектов и являются крайне токсичными [7, 8].

Поэтому в последние годы ведется интенсивная работа по синтезу координационных соединений имидазола с солями «биогенных» металлов (Cu, Co, Zn и др.). Комплексообразование солей металлов позволяет снизить токсичность, повысить селективность и биодоступность координационных соединений.

Цель исследования: синтез и исследование физико-химических свойств и строения комплексных соединений имидазола с сульфатами кобальта и никеля.

Материалы и методы исследования

Изучение фазовых равновесий в системах неорганическая соль – имидазол – вода проводилось методом изотермической растворимости при 25 °С. Выбор данного метода продиктован следующими его преимуществами: в системах устанавливается устойчивое равновесие, метод позволяет наиболее полно исследовать процессы комплексообразования и изучать взаимодействие между компонентами без разделения на отдельные вещества, выявить тип растворимости образующихся соединений, установить точный молекулярный состав и концентрационные пределы их выделения. При выполнении исследований применялись соли металлов и имидазола марки «ч.д.а.». Азот имидазола определили по методу Кьельдаля, содержание ионов кобальта, никеля – трилонометрическим методом в присутствии индикатора мурексида.

Термогравиграммы соединений получали на Q-дериватографе системы Паулик-Паулик-Эрдей в статической воздушной атмосфере, скорость нагревания 10 град/мин, держатель образца керамический тигель без крышки, эталон – оксид алюминия.

ИК-спектры поглощения регистрировали на ИК-Фурье – спектрометре Frontier Perkin – Elmer (4000–350 см-1): образцы готовили в виде таблеток с KBr.

Фазовый состав комплексов изучали с помощью дифрактометра «ДРОН−3М (CuKα-излучение), 2θ = 2 град/мин.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате взаимодействия имидазола и сульфата Со (II) и Ni (II) в трехкомпонентной воднонасыщенной среде при 25 °С были синтезированы соединения состава [Со(Im)6]SO4·(H2O)2 (I) и [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2 (II), где Im–молекула имидазола (рис. 1, а, б). Их индивидуальность идентифицирована методами элементного, термического, рентгенофазового анализов и ИК-спектроскопией.

mal1a.tif mal1b.tif

а) б)

Рис. 1. Диаграмма растворимости в системах: а) СоSO4−C3H4N2−H2O; б) NiSO4∙C3H4N2∙H2O при 25 °С

Оба комплекса конгруэнтнорастворимы в воде и выделены в кристаллическом виде.

Элементный состав соединений:

1. [Со(Im)6]SO4·(H2O)2

а) найдено: Сo = 8,9 %; C = 32,7 %; N = 25,1 %; H = 3,4 %;

б) вычислено: Сo = 9 %; C = 33 %; N = 25,7 %; H = 3,6 %;

2. [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2

а) найдено: Ni = 9,67 %; C = 35,9 %; N = 27,7 %; H = 3,8 %;

б) вычислено: Ni = 9,77 %; C = 36 %; N = 28 %; H = 4 %.

На термограмме комплекса [Со(Im)6]SO4·(H2O)2 интенсивно разлагается в интервале температур от 55 до 400 °С с одним эндоэффектом с максимумом при 249 °С и одним большим экзоэффектом с максимумом при 413 °С: последний термоэффект, по-видимому, соответствуют образованию оксидов, металлопродуктов разложения соединения (рис. 2, а).

Термограмма комплекса [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2 отличается сложным характером термической деструкции (рис. 2, б). Потеря массы происходит в две стадии, от 40 до 390 °С и от 400 до 680 °С, что проявляется в появлении эндо- и экзотермических эффектов. Процесс разложения полностью заканчивается при 680 °С. Главными стадиями процесса термического разложения комплекса Ni (II) является отщепление молекулы имидазола: кристаллизационная вода выделяется отдельно при 120 °С.

mal2a.tif mal2b.tif

а) б)

Рис. 2. Термограммы комплексов: а) [Со(Im)6]SO4·(H2O)2; б) [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2

mal3.tif

а)

mal4.tif

б)

Рис. 3. Дифрактограммы соединений: а) [Со(Im)6]SO4·2H2O; б) [Ni(Im)6]SO4·2H2O

На основе рентгенофазового анализа комплексов [Со(Im)6]SO4·(H2O)2, [Ni(Im)6]SO4·2H2O определены межплоскостные расстояния, относительные интенсивности дифракционных линий, пространственные группы и число формульных единиц (рис. 3, а, б).

Рассчитаны параметры элементарной ячейки кристаллов: для комплекса [Со(Im)6]SO4·(H2O)2 – a = 8,4025 Å; b = 9,1270 Å; с = 9,9231 Å; β = 105,791 °, пр.гр. = Р2/n1, Z = 2, а для комплекса [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2– a = 9,6591 Å; b = 7,7666 Å; с = 6,8397Å; β = 100,118 °, пр.гр. = Р2/n1, Z = 2.

С целью определения строения координационного узла сульфатных комплексов использован метод ИК-спектроскопии.

При исследовании методом ИКС установлено, что в спектрах сульфатных металлокомплексов наблюдаются сдвиг в высокочастотную область колебательных поглощений валентных циклических С=N, C=C, C-N – связей на 10–35 и 20–35 и на 15 см-1, а также внеплоскостных колебаний имидазольного цикла на 15–20 см-1, что подтверждают координацию имидазола с металлами посредством пиридинового N-азота.

В комплексных соединениях Co (II) и Ni (II) состава 1:6:2 вода находится в виде кристаллогидратов, на что указывает присутствие в их спектрах полос поглощений кристаллизационной воды: νOH – при 3150 см-1, δHOH при 1750 см-1 и ρН2О при 540–510 см-1 (рис. 4, а, б).

mal5a.tif

а)

mal5b.tif

б)

Рис. 4. ИК-спектры поглощения комплексов: а) [Со(Im)6]SO4·(H2O)2; б) [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2.

А также в ИК-спектрах комплексов найдены широкие полосы в области 1020–1145 см-1, обусловленные валентными, а при 545–622 см-1 деформационными колебаниями сульфатогруппы. Форма и характер этих полос поглощения дает возможность предполагать, что сульфат-ион в комплексах сохраняет свою ионную форму, находясь во внешней сфере комплексов.

Таким образом, на основании данных элементного термического рентгенофазового анализов, а также ИК-спектроскопией установлено, что в комплексах, состава 1:6:2 катионы.

Co (II), Ni (II) находятся в центре и координированы шестью атомами пиридинового азота от шести молекул имидазола, координационный полиэдр имеют октаэдрическую конфигурацию, а аква-, ацидо- лиганды расположены во внешней координационной сфере.

Выводы

Методом фазовых равновесий изучены взаимодействие сульфатов Co (II), Ni (II) c имидазолом в воднонасыщенной среде при 25 °С и найдены оптимальные условия выделения конгруэнтнорастворимых комплексов состава [Со(Im)6]SO4·(H2O)2(I) и [Ni(Im)6]SO4·(H2O)2(II).

Методами элементного, ДТА, РФА и ИК-спектроскопии установлены состав и строение полученных комплексов.

По данным порошковой рентгеновской дифракции определены кристаллические структуры комплексов (I) и (II). Полученные фазы соединений характеризуется моноклинной сингонией с параметрами элементарной ячейки, с пространственной группой – Р2/n1.

Термогравиметрическим методом установлено, что процесс термической деструкции является многостадийным и включает процесс дегидратация комплексов, термолизу катионной и анионной части с окислением металлов до окислов.

Изучением ИК-спектров показано, что комплексы являются молекулярными соединениями с донорно-акцепторной связью, образованными при участии sp2 гибридизированного атома азота гетерокольца, кристаллический тип – октаэдрический.