ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТОЛИТИЧЕСКИХ И КООРДИНАЦИОННЫХ РАВНОВЕСИЙ ОБРАЗОВАНИЯ МОНО- И ГЕТЕРОЛИГАНДНЫХ КОМПЛЕКСОНАТОВ ВАНАДИЛА(IV) В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

RESEARCHING OF PROTOLYTIC AND COORDINATION EQUILIBRIUM OF FORMATION MONO-AND HETEROLIGAND VANADYL(IV) COMPLEXONATES IN AQUEOUS SOLUTIONS

Anna A. Ryabova

master of science, Department of Fundamental and Applied Chemistry, Udmurt State University,

Russia, Izhevsk

Chernova Svetlana Pavlovna

candidate of Chemical Sciences, Associate Professor at the Department of Fundamental and Applied Chemistry, Udmurt State University,

Russia, Izhevsk

Viktor I. Kornev

professor, doctor of Chemical Sceinces, Udmurt State University,

Russia, Izhevsk

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена изучению взаимодействия сульфата ванадила(IV) c этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) и аминокислотами (глицин и β-аланин) спектрофотометрическим методом. В ходе исследования были получены спектры поглощения двухкомпонентных и трехкомпонентных систем, содержащих сульфат ванадила(IV), ЭДТА и избыток выбранной аминокислоты, а также кривые зависимости оптической плотности от pH. Обработка экспериментальных данных выполнена с помощью программы HypSpec, что позволило установить в исследованных системах как протонированного, так и средних комплексов, для которых определены области pH образования и существования, рассчитаны константы устойчивости.

ABSTRACT

Interaction vanadyl (IV) sulfate with ethylediaminetetraacetic (EDTA) and aminoacids (glycine and β-alanine) were studied by spectrophotometrically. During research absorption spectra of binary and ternary systems containing vanadyl (IV) sulfate, EDTA and excess respect to aminoacid and also optical density-pH curve were obtained. Processing of experimental data using HypSpec program has allowed to establish both protonated and medium complexes, for which pH areas of formation and existences were determined, the stability constants have been calculated.

Ключевые слова: сульфат ванадила(IV); этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА); глицин; β-аланин; спектрофотомерия; комплексное соединение.

Keywords: Vanadyl (IV) sulfate; ethylediaminetetraacetic (EDTA); glycine; β-alanine; complex compounds; spectrophotometry.

Комплексоны и аминокислоты в виде частных реагентов и при совместном присутствии используются в качестве хелатирующих агентов в различных областях науки и техники. Благодаря обширным свойствам и доступности лигандов открываются большие возможности для создания комплексообразующих сочетаний с их участием [1, c. 295]. Ванадий в степени окисления +4 образует комплексные соединения как с полиаминными комплексонами, так и с аминокислотами [2, c. 27].

При образовании комплексных соединений, в большинстве случаев, возникают гетероциклы, в которых катионы ванадия являются акцепторами электронных пар кислорода и азота, при этом ванадий (IV) выступает в качестве VO²⁺ (ванадил-иона) [2, с. 25]. Исследование комплексообразования в водных растворах ванадил-иона с полиаминными комплексонами и аминокислотами важно для описания химических процессов в моно- и гетеролигандных системах.

Целью данной работы являлось изучение взаимодействия сульфата ванадила(IV) c этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) и аминокислотами спектрофотометрическим методом.

В данной работе для изучения процессов комплексообразования использовали спектрофотометр марки СФ-2000. Измерения проводили в видимой (400—760 нм) области спектра электромагнитного излучения в кюветах длинной 10 мм. Для установления нужного значения pH среды использовался иономер лабораторный марки И-160МИ. В работе применялись растворы сульфата ванадила (VOSO₄), ЭДТА (HEdta), глицина (HGly), β-аланина (HAla).

С целью установления факта образования комплексов в двухкомпонентных системах VO²⁺-ЭДТА, VO²⁺-аминокислота сняты спектры поглощения раствора сульфата ванадила, смеси сульфата ванадила и ЭДТА, смеси сульфата ванадила и аминокислоты. Для дальнейшего исследования выбраны оптимальные длины волн 585 нм и 776 нм.

Для вычисления констант устойчивости комплексных соединений использовалась программа HypSpec и кривая зависимости оптической плотности от pH (таблица 1). Программа также позволяет рассчитывать мольные доли компонентов в системе.

Из литературы известно о pH существования комплексов в трехкомпонентных системах [3, с. 70]. Например, в системе кобальт – ЭДТА - аминокислота найдены трехкомпонентные комплексы. Поэтому была поставлена задача изучить такие же системы с VO²⁺. Так, на основании спектров поглощения для системы VO²⁺-ЭДТА-аминокислота, можно говорить о максимальном выходе комплексов при избыточном содержании аминокислоты.

Таблица 1

Константы устойчивости комплексов (lgβ) для системы VO²⁺-аминокислота, VO²⁺- ЭДТА

Расчет долевого распределения комплексов в трехкомпонентной системе основывался на зависимости оптической плотности от pH и кривых, содержащих избыток глицина и β-аланина (Рисунок 1). В системах VO²⁺-ЭДТА- аминокислота при pH от 0 до 1 резко уменьшается доля свободной формы металла [VO²⁺] и начинает возрастать доля протонированного комплекса [VOHedta]^-, который существует в интервале pH от 1 до 2. Далее двухкомпонентная система переходит в трехкомпонентную систему [VOAlaHedta]^2-, которая существует до pH=10.

Рисунок 1. Зависимость оптической плотности и мольных долей (α) комплексов в системе VO²⁺-ЭДТА-аминокислота от pH при соотношении 1:1:10 (1) и 1:1:30 (2) для λ=776 нм.

Также трёхкомпонентная система образуется и при избытке глицина [VOGlyHedta]^2-, но при pH около 4,0 доля комплексного соединения уменьшается и начинает возрастать доля комплекса [VOGly₂]. Однако, выход комплекса не 100%, так как трехкомпонентная система более устойчива и существует до pH=10. В сильно щелочной среде оптическая плотность уменьшается. Это подтверждает возрастание гидролизной формы металла (VO(OH)₂), что характерно для всех систем. Константы устойчивости (lgβ) комплексов соответственно равны: (28,187±0,003); (31,702±0,009); (17,752±0,001).

При исследовании трехкомпонентных систем VO²⁺– ЭДТА – аминокислота установлено, что в системе VO²⁺-ЭДТА-глицин при соотношении 1:1:30 образуется не только трехкомпонентный комплекс, но и двухкомпонентный, что не характерно для системы VO²⁺-ЭДТА-β-аланин при соотношении 1:1:10. Закономерность в изменении констант устойчивости трёхкомпонентных систем такая же, как для систем VO²⁺–аминокислота. Самое высокое значение имеет константа устойчивости для системы, содержащей избыток глицина, а самое небольшое – система, содержащая β-аланин. Кроме того, чем выше константа устойчивости, тем при более низких значениях интервала pH=0,5-1,0 присоединяется лиганд.

Список литературы:

1. Дятлова Н.М. Комплексоны и комплексонаты металлов / Н.М. Дятлова, В.Я. Темкина, К.И. Попов. – М.: Химия, 1988. – 544 с.
2. Музгин В.Н. Аналитическая химия ванадия / В.Н. Музгин, Л.Б. Хамзина, В.Л. Золотавин, И.Я. Безруков. – М.: Наука, 1981. – 217 с.
3. Алабдулла Г. Ф. Моно- и полиядерное гетеролигандное комплексообразование кобальта(II) и никеля(II) с комплексонами и аминокарбоновыми кислотами в водных растворах: дис. Г.Ф. Алабдулла к.х.н.– Иж., 2017. –С. 70-86.