組み合わせソリッドステートおよびソリューションベースのテクニック：合成と反応性Chalcogenidoplumbatesの（IIまたはIV）
Summary
The synthesis of chalcogenidoplumbates(II,IV) via the in situ reduction of nominal “PbCh2” (Ch = Chalcogen) and via a solid-state reaction and subsequent solvothermal reactions is presented. Additionally, reactivities of plumbate(II) solutions are portrayed, which yield the heaviest-known CO homolog known to date: the µ-PbSe ligand.
Abstract
「PBCH 2」（-CH = SE、TE）の位相は、（石英ガラスアンプル中で不活性条件下要素の融合により、 すなわち、）固体合成から得られます。クラウンエーテル、： –または[Pbを2 CH 3] 2 –陽のための金属イオン封鎖剤が存在する依存している時に陰イオン、アミン中の元素のアルカリ金属によるそのような相の減少は、結晶chalcogenidoplumbate（II）[PbTeの3] 2からなる塩を提供します[2.2.2]地下室のような18-クラウン-6、またはクリプタンド、など。遷移金属化合物と、そのようなアニオンの溶液の反応は、μ-のPbSeリガンドを有するもの（ すなわち 、最も重い知らCOホモログ）を含む、（ポリ）カルコゲニドアニオンまたは遷移金属カルコゲナイドクラスターを生じます。
公称組成の相のとは対照的に、固体合成素子の連続反応による「K 2のPbSe 2 "sおよびアミンの後続のソルボサーマル処理によっては、最初の非酸化物/ハロゲン化物無機鉛（IV）化合物を得る： オルト -selenidoplumbate（IV）アニオンの塩[のPbSe 4] 4 – 。これは、鉛（IV）およびSe（-II）の酸化還元電位に予想外でした。このような方法は、バイナリ[HgTeの2] 2の溶液の形成をもたらす、他の元素の組み合わせにも適用することができる–または[備瀬3] 3 –アニオン、又はK 2のHg 2 Seの3またはK 3の大規模合成に固体経路を介して備瀬3。
全ての化合物は、単結晶X線回折および元素分析によって特徴づけられます。鉛酸塩の溶液は、205 Pb及び77のSeまたは127 TeのNMR技術によって調査することができます。密度汎関数理論の方法を用いた量子化学計算は、エネルギーの比較を可能にします。彼らはさらに、許可します電子配置についての洞察のために、したがって、接合状況。類似telluridopalladateアニオンは精密電子されているのに対し、分子のRh含有シェブレル型化合物は、非局在化した混合原子価を示すことが見出されました。 μ-のPbSeリガンドとクラスタが精力的にその合成に失敗した試行に合わせて、仮想的なCOアナログよりも好まれています。 [のPbSe 4] 4内の正式な鉛（IV）の安定性–アニオンは、主に結晶格子内の適切な安定化のためです。
Introduction
例えばSnSeやたCuInSe等の金属カルコゲニドは、例えば、半導体、熱、または非線形光学材料1-6として、幅広い用途で汎用性の高い材料です。金属が正式に正の酸化状態であり、全体的な陰イオン種を生成するために、負の（ポリ）カルコゲナイドが配位したところ同様の元素組成は、chalcogenidometalates内で発見されています。上記の材料とは異なるが、そのようなメタレートはさらによく、アニオン性サブ構造から分離される対イオンで構成されています。典型的なカチオンは、（溶媒和）アルカリまたはアルカリ土類金属、アンモニウムまたはホスホニウムイオンです。ほとんどの場合、chalcogenidometalateアニオンと、そのような塩は、同様のバンドギャップまたは光と半導電性などのそれらの親バイナリまたは三元化合物に類似している物理的特性を有します。しかし、各元素C内で可能なアニオン性のアーキテクチャの広い範囲のためにombinationは、ストランドおよび拡張3次元フレームワークに相互接続されたアニオンのシートを介して分離された分子種に至るまで、様々な特性のさらに細かいチューニングは、最終的に所望の特性を有する化合物の設計合成を目指し、達成することができます。次元削減の概念の範囲内では、（0Dの分子種を表す）0Dアニオンアーキテクチャに2Dおよび1Dを介して3次元の減少に伴う式単位あたりの対イオンの相対的な増加は、観察されたバンドギャップ7を減少させることが示されています。また、カルコゲナイドリガンド異なる（又は混合物）を利用して、そのバンドギャップ8,9の超微調整を実現することも可能です。
別にこれらの実用的なアプリケーションと先見の明の関連性から、chalcogenidometalatesはまだこのような新規のアニオン構造タイプの生成または発見とINTE用として、基本的な理解のために調査されています異常な結合のrpretation、ならびにそれらの前例のない性質のため。軽い同族体のに対し（ すなわち、一般的にoxometalatesと呼ばoxidometalatesは、）広く潜在的な触媒用途のために、特に、重いchalcogenidometalatesがはるかに少ない検討され、研究されてきました。
私たち自身の関心は10,11の合成、特性、およびchalcogenidotetrelates（ すなわち、ケイ酸塩の重い同族体）のさらなる反応性が注目されています。このような化合物の多種多様なは、次のような水に安定かつ可溶性バイナリアニオン、至るまで、あり[SnTeで4] 4-アニオン12。 、有機官能化、及びそのような{[Irの3（タラ）3（μ3 -S）2]（μ3 -S）のSnCl} 2（COD =シクロオクタ-1,5-ジエン）13などの多元クラスター化合物、へ。私たちの最近の研究では、中心金属として鉛で、chalcogenidoplumbatesに対処しますOM（複数可）。相対論的効果のために6秒軌道の安定化に対処する重原子のための不活性対概念に沿って、リードは通常、正式+ II酸化状態で観察されます。 PbO 2のような例外は、強力な酸化剤であり、重い鉛（IV）はカルコゲナイド、「PBCH 2は 、「日付14までに発見されていません。同じことが、唯一の[PbOを4] 4 chalcogenidoplumbate（IV）のアニオン、成り立つ– （下記参照）、最近まで15に報告されています。
別に、構造的に調査しoxidoplumbatesの多様なグループから（II、IV）、chalcogenidoplumbates（II）、すなわちの唯一のいくつかの例がありました[PbTeの3] 4 – 、三角ピラミッド型のアニオン16と;三方両錐アニオン17と、Chの=のSeまたはTeで、 –と[Pbを2 CH 3] 2。これらは、適用された経路によって合成されますZintlの世代のために18をイオン。高温での要素の融合による多元金属間相を調製する際に、金属イオン封鎖剤の存在下で、溶媒によるその後の抽出は（シングル）結晶形で所望の生成物を与えます。 [鉛2 CH 3] 2の場合には–アニオン、例えば、公称組成の相」KPbCh」は4,7,13,16の存在下で（エン）1,2-ジアミノエタンで抽出されました、21,24-ヘキサオキサ-1,10-ジアザビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン（[2.2.2]陰窩）。クリプタンドは、{K [2.2.2]陰窩}で有効な陽イオン半径より良いアニオンサイズに一致するように、複雑な対イオンは+の増加時に結晶化するため、バック電子を抑制する正電荷の遮蔽の両方が必要です溶液中の陰イオンから-donation。と比較した場合、カプセル化された陽イオンとのこのような塩は、通常、結晶化のための高傾向、したがって、かなり良好な収率を明かします封鎖剤なしで対応する塩。しかし、かなり煩わしく合成またはクリプタンドの高価格は、このようなアプローチの過度のスケーリングを防ぎます。
アニオン19,20 –すでに有名な鉛9 4の世代のために、早ければ1891として使用されているようにこれとは対照的に、K 4 [PbTeの3は 】・2enは、溶液中でのその場の減少を介して合成されます。 telluridoplumbateため、名目組成物」のPbTe 2」の合金元素のカリウムの添加により再び、室温で還元したのに対し、後者の場合、元素のアルカリ金属は、低温で液体アンモニア中の鉛の懸濁液に加えました。
本明細書に提示されるようなメタレート種に向けた私たちの最初のアプローチは、両方の経路の組み合わせです。ここでは、固体合成は、安価な金属イオン封鎖アジャンの存在下で、溶液中のいずれかの減少が続いていますに追加の金属イオン封鎖剤を必要とせずに、このような1,4,7,10,13,16-hexaoxacyclooctadecane（18-クラウン-6）として、または溶媒自体によってキレート化されたアルカリ金属による還元を介して、TS、、、同様の[ナ4（エン）7] [Snを9] 21の合成。私たちの第二のアプローチはまた、高温の合成を開始し、それは22（高温および圧力で、すなわち、抽出）ソルボサーマル得られた相の抽出が続いています。以下では、我々は両方の合成アプローチおよびこれらの反応経路の適用時に私たちの最近の結果の一部を紹介します。
Protocol
Representative Results
Discussion
古典的な高温との組み合わせは、溶液ベースの方法で固相反応は、これらの経路の一つにより合成することができない新規化合物の生成および単離を可能にします。 、ほとんどの場合、中間体種の明確な同定及び完全な特徴付けが困難であるか、または本質的に不可能であっても、一般的な考え方は単純であり、元素の組み合わせの多様に適用することができます。さらに、ある特定の化合…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、SPP 1708 GTの枠組みの中でドイツ学術協会（DFG）によってポスドク奨学金のおかげレオポルジナ国立アカデミーデアWissenschaftenをサポートされていました。
Materials
| Ethan-1,2-diamine | Sigma-Aldrich | E26266-2.5L | |
| Calcium hydride | Sigma-Aldrich | 213268-100G | |
| Tetrahydrofuran | Sigma-Aldrich | 401757-1L | |
| Sodium | Sigma-Aldrich | 71172-1KG | |
| Potassium | Sigma-Aldrich | 244864-50G | |
| Tris-triphenylphosphine rhodium chloride | Sigma-Aldrich | 199982-5G | |
| Lead | Acros | 222625000 | |
| Selenium | Sigma-Aldrich | 209643-50G | |
| 18-crown-6 | Acros | 181561000 |
Riferimenti
- Zhao, L. D., et al. Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals. Nature. 508 (7496), 373-377 (2014).
- Chung, I., Kanatzidis, M. G. Metal Chalcogenides: A Rich Source of Nonlinear Optical Materials. Chem. Mater. 26 (1), 849-869 (2014).
- Lhuillier, E., et al. Two-Dimensional Colloidal Metal Chalcogenides Semiconductors: Synthesis, Spectroscopy, and Applications. Acc. Chem. Res. 48 (1), 22-30 (2015).
- Heine, T. Transition metal chalcogenides: ultrathin inorganic materials with tunable electronic properties. Acc. Chem. Res. 48 (1), 65-72 (2015).
- Gao, M. R., Xu, Y. F., Jiang, J., Yu, S. H. Nanostructured metal chalcogenides: synthesis, modification, and applications in energy conversion and storage devices. Chem. Soc. Rev. 42, 2986-3017 (2013).
- Jackson, C., et al. Multiexciton Solar Cells of CuInSe2 Nanocrystals. J. Phys. Chem. Lett. 5 (2), 304-309 (2014).
- Androulakis, J., et al. Dimensional Reduction: A Design Tool for New Radiation Detection Materials. Adv. Mater. 23 (36), 4163-4167 (2011).
- Sheldrick, W. S. Polychalcogenide Anions: Structural Diversity and Ligand Versatility. Z. Anorg. Allg. Chem. 638 (15), 2401-2424 (2012).
- Dehnen, S., Melullis, M. A coordination chemistry approach towards ternary M/14/16 anions. Coord. Chem. Rev. 251 (9-10), 1259-1280 (2007).
- Santner, S., Heine, J., Dehnen, S. Synthesis of Crystalline Chalcogenides in Ionic Liquids. Angew. Chem. Int. Ed. 55 (3), 876-893 (2015).
- Heine, J., Dehnen, S. From Simple Chalcogenidotetrelate Precursors to Complex Structures and Functional Compounds. Z. Anorg. Allg. Chem. 638 (15), 2425-2440 (2012).
- Ruzin, E., Zent, E., Matern, E., Massa, W., Dehnen, S. Syntheses, Structures, and Comprehensive NMR Spectroscopic Investigations of Hetero-Chalcogenidometallates: The Right Mix toward Multinary Complexes. Chem. Eur. J. 15 (21), 5230-5244 (2009).
- Leusmann, E., Geringer, E., Weinert, B., Dehnen, S. Ir3(cod)3(µ3-S)2](µ3-S)SnCl} 2 – a Ternary Ir-Sn-S cluster with the Iridium Atoms in Three Different Chemical Environments. Dalton Trans. 45, 15298-15302 (2016).
- Pyykkö, P. Relativistic Effects in Chemistry: More Common Than You Thought. Ann. Rev. Phys. Chem. 63, 45-64 (2012).
- Brazel, B., Hoppe, R. Zur Kenntnis von K4PbO4 und Rb4PbO4. Z. Anorg. Allg. Chem. 505 (10), 99-104 (1983).
- Jones, C. D. W., DiSalvo, F. J., Haushalter, R. C. Synthesis and X-ray Crystal Structure of K4PbTe3·2(en). Inorg. Chem. 37 (4), 821-823 (1998).
- Björgvinsson, M., Sawyer, J. F., Schrobilgen, G. J. Dilead(II) Chalcogenide anions Pb2Ch32- (Ch = Se, Te): A 207Pb, 125Te, and 77Se Solution NMR Study. X-ray crystal structure of (2,2,2-crypt-K+)2Pb2Se32-. Inorg. Chem. 26 (5), 741-749 (1987).
- Scharfe, S., Kraus, F., Stegmaier, S., Schier, A., Fässler, T. F. Zintl Ions, Cage Compounds, and Intermetalloid Clusters of Group 14 and Group 15 Elements. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (16), 3630-3670 (2011).
- Joannis, C. R. Action du sodammonium et du potassamonium sur quelques métaux. C. R. Hebd. Seances Acad. Sci. 113, 795-798 (1891).
- Joannis, C. R. Sur quelques alliages bien dèfinis de sodium. C. R. Hebd. Seances Acad. Sci. 114, 585-587 (1892).
- Diehl, L., Khodadeh, K., Kummer, D., Strähle, J. Anorganische Polyederverbindungen, III. Zintl’s „Polyanionige Salze": Darstellung und Eigenschaften der kristallinen Verbindungen [Na4·7 en]Sn9, [Na4·5 en]Ge9 und [Na3·4 en]Sb7 und ihrer Lösungen. Die Kristallstruktur von [Na4·7 en] Sn9. Chem. Ber. 109 (10), 3404-3418 (1976).
- Demazeau, G. Solvothermal Processes: Definition, Key Factors Governing the Involved Chemical Reactions and New Trends. Z. Naturforsch. 65b, 999-1006 (2010).
- Thiele, G., Krüger, T., Dehnen, S. K4[PbSe4]⋅en⋅NH3: A Non-Oxide, Non-Halide Inorganic Lead(IV) Compound. Angew. Chem. Int. Ed. 53 (18), 4699-4703 (2014).
- Thiele, G., et al. K2Hg2Se3: Large-Scale Synthesis of a Photoconductor Material Prototype with a Columnar Polyanionic Substructure. Chem. Mater. 27 (11), 4114-4118 (2015).
- Thiele, G., Vondung, L., Dehnen, S. About the Syntheses of Chalcogenidometalates by in-situ Reduction with Elemental Alkali Metals. Z. Anorg. Allg. Chem. 641 (2), 247-252 (2015).
- Thiele, G., You, Z., Dehnen, S. Molecular CHEVREL-like Clusters [(RhPPh3)6(µ3-Se)8] and [Pd6(µ3-Te)8]4-. Inorg. Chem. 54 (6), 2491-2493 (2015).
- Thiele, G., Balmer, M., Dehnen, S. Synthesis, Structure and Electronic Situation of [Rh6Te8(PPh3)6]·4C6H6. Zeitschrift für Naturforschung B. 71 (5), 391-394 (2016).
- Thiele, G., Franzke, Y., Weigend, F., Dehnen, S. {µ-PbSe}: A Heavy CO Homologue as an Unexpected Ligand. Angew. Chem. Int. Ed. 54 (38), 11283-11288 (2015).
- Thiele, G., et al. Smallest molecular chalcogenidometalate anions of the heaviest metals: syntheses, structures, and their interconversion. Dalton Trans. , (2016).
- Thiele, G., et al. Solvothermal and ionothermal synthses and structures of amine- and/or (poly-)chalcogenide coordinated metal complexes. Z. Kristallogr. 229 (7), 489-495 (2014).
- Thiele, G., Vondung, L., Donsbach, C., Pulz, S., Dehnen, S. Organic Cation and Complex Cation-Stabilized (Poly-)Selenides, [Cation]x(Sey)z: Diversity in Structures and Properties. Z. Anorg. Allg. Chem. 640 (14), 2684-2700 (2014).
- Thiele, G., Lichtenberger, N., Tonner, R., Dehnen, S. Syntheses, Structures and Electronic Properties of a New Series of Tellurides of the Type [Sequestrated Cation]2[Tex] (x = 1-4). Z. Anorg. Allg. Chem. 639 (15), 2809-2815 (2013).
