Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XXVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 03 августа 2017 г.)

Наука: Химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Куланова А.Б., Балтаева Д.С. КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ ГЛИЦИНА С ИОНАМИ НИКЕЛЯ (II) // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. XXVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 15(26). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/15(26).pdf (дата обращения: 20.05.2022)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ ГЛИЦИНА С ИОНАМИ НИКЕЛЯ (II)

Куланова Айслу Батыргалеевна

студент, ИЕиЭ ОГПУ,

РФ,  г.Оренбург

Балтаева Динара Сапарбаевна

студент, ИЕиЭ ОГПУ,

РФ,  г.Оренбург

Айсувакова Ольга Павловна

научный руководитель,

канд. хим. наук, ст. преподаватель  ИЕиЭ ОГПУ,

РФ, г. Оренбург

В последние десятилетия интерес возрос научного сообщества к аминокислотам как к полидентатным лигандам, которые способны к образованию в реакционной смеси комплексов различного состава и степени протонизации. Такие комплексы представляют интерес, как с теоретической, так и с практической точек зрения, например, как возможные антидоты или фармацевтические препараты. В настоящей работе изучено состояние ионов никеля(II) в растворах биолиганда – α-аминоуксусной кислоты. Сведения о комплексных соединениях этого лиганда со многими ионами металлов в большинстве случаев известны и содержаться в различных справочниках и базы данных. Однако на практике часто используются сочетания различных комплексообразователей, обладающих помимо комплексообразующей способности к другим важными характеристиками, такими как растворимость, способность к гидролизу и окислителям и др.

Никель является одним из самых распространённых металлов, широко используемых на практике. Системы с одновременным присутствием данных металлов, комплексонов встречаться в теплоэнергетике при удалении продуктов коррозии и солей жесткости с поверхности оборудования, в нефте- и газовой промышленности при обработке скважин, в машиностроении при нанесении гальванических покрытий и в других процессах.

Имеющиеся литературные данные о комплексных соединениях никеля(II) по ряду лигандов не полны и противоречивы как в отношении состава, так и в отношении значений констант устойчивости комплексов.

В связи с вышесказанным, изучение комплексообразования глицина с ионами никеля представляется актуальной проблемой. Поэтому в качестве объектов исследования в данной работе были выбраны комплексы глицина с никелем, а в качестве предмета – равновесия в водных растворах комплексов глицина с ионами выбранного  металла.

Целью данной работы является изучение комплексообразования глицина с ионами никеля.

Объектом настоящего исследования являлись глицинаты никеля (II); предметом – состав, устойчивость и области существования данных соединений.

Изучая равновесие в системах металл - протон – лиганд в водных растворах предполагает измерение какого-либо параметра данной системы, меняющего свое значение при образовании комплексов. Чтобы установить состав комплексов, рассчитать константы их образования и определить условия существования подобных частиц нужно определить значение данного параметра с учетом рН. Для решения данной задачи нами использовались рН-метрический и спектрофотометрический методы, а также метод математического моделирования равновесий в системах Mz+ - H+ - L.

Работа выполнена на базе кафедры химии и методики преподавания химии Оренбургского государственного педагогического университета.

Изучение комплексообразования в системе Ni(II) – глицин базировались на определения изменения потенциала стеклянного электрода, селективного по отношению к ионам водорода. Для определения состава образующихся комплексов достаточно знать исходные концентрации ионов никеля, глицина и водорода и определить равновесную концентрацию водородных ионов, то есть рH. О составе и константах равновесия образования комплексов судят по величине функции Бъеррума (закомплексованности) и на изменении спектров поглощения величин оптической плотности растворов катионов металла в присутствии лиганда.

Ранее отмечалось, что изучение протолитических равновесий в водных растворах аминокарбоновых кислот представляет собой сложную задачу, в том числе из-за невозможности полностью оттитровать протонированную амино-группу при не слишком высоких значениях рН [2,3]. Однако сложно предположить, что в присутствии ионов металлов равновесие в системе:

HxL + MZ+ ↔ MLz-x + xH+                                 (1)

сдвигается вправо. Таким образом, при высоких рН в водных растворах систем металл - аминокарбоновая кислота связывание катионов водорода гидроксид ионами становиться количественным, что подтверждается большим количеством работе, в которых комплексы аминокарбоновых кислот изучались именно в водных растворах.

Результаты рН-потенциометрического титрования чистого лиганда (2-аминоэтановой кислоты, глицина) приведены на рисунке 1.

Плато на графике в области рН 5 – 10 с ň = 1 соответствует установившемуся в данном диапазоне равновесию:

(NH3CH2COOH)+ ↔ (+NH3CH2COO -)0+ H+ , рК1 = 2,35     (2)

Таким образом, в данной области глицин существует в форме нуль-зарядного цвиттер-иона +NH3CH2COO . Отсюда следует, что в кислой области (рН < 4) глицин переходит в катионную форму NH3CH2COOH+, а участок графика рН = 3,5-5 отражает процесс переноса протона с карбоксильной группы глицина на гидроксид-ион:

(NH3CH2COOH)+ + ОН-↔ (+NH3CH2COO -)0+ H2O              (3)

 

Рисунок 1. Функция образования при рН-метрическом титрования глицина

 

В щелочной области при рН > 10 кривая вновь меняет ход, а степени оттитрованности следует связать с образованием глицинат-иона NH2CH2COO-:

+ NH3CH2COO- ↔ NH2CH2COO-  + H+, рК2 = 9,32              (4)

Наглядное представление об областях доминирования различных форм глицина в водном растворе дает диаграмма распределения, приведённая на рисунке 2.

Для математической обработки равновесий в системе Ni(II) – глицин нами использовались константы депротонирования лиганда (рК1 = 2,35; рК2 = 9,78) [6] и константы гидролиза ионов никеля (II) (рК1 = 10,82) [7].

Кривой рН-метрического титрования меняет ход в точках перегиба, соответствующих ñ = 0,5; 0,8; 1,1 (рис. 3).

Плато в области рН 5,25 – 5,75 (ñ = 0,5) соответствует комплексной форме с близкой функцией образования,  но так как среди моноядерных комплексов состава [1:1:0] – [1:1:3] нет формы с ñ = 0,5, можно предположить, что соответствующий участок кривой описывается биядерной формой [2:2:1]. Область рН 6-10, в которой происходит резкий рост функции образования, вероятно, описывается комплексами [1:1:1] – [1:1:3].

 

Рисунок 2. Диаграмма распределения различных форм глицина в водном растворе

 

Рисунок 3. Результаты рН-метрии в системе Ni(II) – HGly при эквимолярном соотношении металла и лиганда (с(Ni(II)) = 0,0010 моль/л; с(HGly) = 0,0011 моль/л)

 

Исходя из результатов потенциометрических измерений, а также соотношения M : L можно предположить образование в растворе комплексов [NiHGly]2+, [NiGly]+, [Ni(ОН)Gly]0, [Ni(OH)2Gly]- (модель № 1). Однако обработка экспериментальной кривой показала, что модель № 1 неудовлетворительно описывает полученные данные (R>5%). Поэтому эта модель была дополнена биядерными формами с ñ = 0 – 3,5. Введение комплексов состава [Ni2(HGly)2]4+, [Ni2HGlyGly]3+, [Ni2(OH)5Gly2]5- резко улучшает сходимость расчетных и экспериментальных данных (R<5%) [1].

После исключения незначимых форм, доля накопления которых не превышает 10%, предлагаемая модель комплексообразования содержит 6 частиц. На основании данных рН-метрии для всех обнаруженных комплексов в системе Ni(II) - HGly нами рассчитаны константы равновесия образования глицинатов никеля(II) (таблица 1).

Таблица 1.

Состав и устойчивость глицинатов никеля (II)

Комплекс

Матрица стехиометрии

lgK*

pHmax

αmax, %

Ni2+

HGly

H+

1

[Ni2(HGly)2]4+

2

2

0

15,34

3,83

72,96

2

[Ni2HGlyGly]3+

2

2

1

11,03

4,97

67,50

3

[NiGly]+

1

1

1

0,99

7,11

77,42

4

[Ni(ОН)Gly]0

1

1

2

-6,94

8,68

73,97

5

[Ni(OH)2Gly]-

1

1

3

-16,48

9,94

54,18

6

[Ni2(OH)3Gly2]3-

2

2

7

-40,41

10,10

26,83

* - ошибка определения констант не превышает 0,3 lgK.

 

В области значений рН 3 - 10 комплексообразование описывается набором форм [NiGly]+, [Ni(OH)Gly]0, [Ni(OH)2Gly]-, [Ni2(HGly)2]4+, [Ni2HGlyGly]3+, [Ni2(OH)5Gly2]5- (рис. 2.6). В кислой области (рН = 4 - 6) доминируют биядерные протонированные катионные комплексы [Ni2(HGly)2]4+ и [Ni2HGlyGly]3+. В слабокислой области (рН > 6) протонированная биядерная форма [Ni2HGlyGly]3+ переходит в моноядерный депротонированный комплекс [NiGly]+, который с ростом рН образует гидроксокомплексы [Ni(OH)Gly]0, [Ni(OH)2Gly]-. В щелочной области при рН > форма [Ni(OH)2Gly]- димеризуется в форму [Ni2(OH)5Gly2]5-.

Константы устойчивости β в логарифмической форме, рассчитанные на основании констант равновесия образования комплексов и первой и второй констант ионизации лиганда составляют: 15,34 для [Ni2(HGly)2]4+; 20,81 для [Ni2HGlyGly]3+; 10,77 для [NiGly]+; 16,84 для [Ni(ОН)Gly]0; 21,29 для [Ni(OH)2Gly]-; 21,14 для [Ni2(OH)3Gly2]3-.

Для подтверждения результатов математического моделирования нами сняты спектры поглощения растворов чистого глицина, сульфата никеля и системы Ni(II) – глицин при рН = 8 (рис.4).

 

Рисунок 5. Спектры поглощения растворов глицина (1), сульфата никеля (2), сульфата никеля в глицина при рН 8,0 (3): соотношение металл : лиганд 1:1, с(Ni(II)) = 0,0010 моль/л; с(HGly) = 0,0011 моль/л

 

Из приведенных на рисунке 5 зависимостей видно, что добавление аминокарбоновой кислоты к раствору соли металла приводит к значительному изменению в спектре поглощаемого раствора. В исследуемой системе максимумы на кривой поглощения обнаружены в видимой области (λ = 500 нм, λ = 550 нм). Согласно диаграмме распределения (рис 4) спектр соединения под номером 3 можно отнести к  формам [1:1:0] [NiGly]+ или [1:1:2] [Ni(OH)Gly]0.

Полученные данные о составе, устойчивости, областях существования и структуре комплексов ионов d-металлов могут служить основой для оптимизации процессов разработки новых биологически активных и лекарственных веществ, катализаторов, кормовых добавок и удобрений, совершенствования методик аналитических определений этих элементов в различных объектах окружающей среды, в аналитической практике и при выполнении биохимических исследований по влиянию ионов Fe, Ti, Zr, Co, Ni, Zn, Cu, Mn и т.д. на живые системы. Полученные в работе данные также могут быть использованы при разработке учебно-методических пособий для спецкурсов по неорганической и координационной химии для студентов химических специальностей университетов.

 

Список литературы:

  1. Айсувакова, О.П. L-глицинаты никеля(II) в водных растворах / О.П. Айсувакова, Л.В. Есина // Иновационные процессы в области естественнонаучного и социально-гуманитарного образования. Третья международная научно-практическая конференция. Оренбург, 17-18 марта 2016 г. : сб. статей / Мин-во образования и науки Рос. Федерации, ФГБОУ ВПО «Оренб. гос. пед. ун-т». – Оренбург: Изд-во ОГПУ, 2016. – С. 9-12.
  2. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа: учебник для вузов/ А.Ф. Жуков, И.Ф. Колосова/ под ред. О.М. Петрухива. М.: Химия, 2001- 496С.
  3. Булдакова, Н.С. Протолитические и координационные равновесия образования полиядерных гетеролигандных комплексонатов никеля(II) в водных растворах органических аминов: дис…..канд. хим. наук:  02.00.01: защищена 26.05.18: утв. 04.12.15 / Булдакова Надежда Сергеевна. - Ижевск, 2015. – 181 с.
  4. Васильев, В.П. Аналитическая химия: учеб. для высших учеб. Заведений/В.П. Васильев- М.:Высшая школа, 1995.- 320с
  5. Иванов, С. В. Механизм влияния глицина на электровосстановление ионов никеля / С. В. Иванов // Украинский химический журнал, 1991. - том 58, № 8. - С. 665-669.
  6. Кадырова, Р.Г. Изучение комплексообразующей способности глицилглицина с 3d- биогенными металлами / Р.Г. Кадырова, Г.Ф. Кабиров, Р.Р. Муллахметов // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. – 2014. – Т. 218. - С. 102-110.
  7. Нардид, О. А. Исследование взаимодействия ионов марганца в водных и водно-гликолевых растворах глицина/ О.А. Нардид // Проблемы криобиологии. – 1991. – Т. 4. – С. 26.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом