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새로운 산소-질소(N2O2)계 네 자리 리간드의 합성과 전이금속 착물 안정도상수에 대한 치환기 효과
Synthesis of new N2O2 tetradentate ligands and the substituent effect on the stability constants of the transition metal complexes 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.19 no.2, 2006년, pp.131 - 141  

김선덕 (대구대학교 자연과학대학 화학, 응용화학과) ,  진경록 (대구대학교 자연과학대학 화학, 응용화학과)

초록
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새로운 산소-질소($N_2O_2$)계 네 자리 리간드 N,N'-bis(2-hydroxybenzyl)-ethylenediamine($H-BHE{\cdot}2HBr$)의 브롬산염을 합성하였다. 또한 $H-BHE{\cdot}2HBr$의 페놀기 5-위치에 치환기브롬, 염소, 메틸기 및 메톡시기를 가진 $Br-BHE{\cdot}2HBr$, $Cl-BHE{\cdot}2HBr$, $CH_3-BHE{\cdot}2HBr$$CH_3O-BHE{\cdot}2HBr$을 합성하였다. 그리고 페놀기 대신에 naphthalen-2-ol을 가진 $Nap-BHE{\cdot}2HBr$도 합성하였다. 합성된 리간드들의 양성자 해리는 수용액에서 전위차 적정한 결과 4 단계로 일어났으며, 계산된 각 리간드의 총괄 양성자 해리상수(${\log}{\beta}_p$) 값은 Br-BHE < Cl-BHE < H-BHE < Nap-BHE < $CH_3$-BHE < $CH_3O$-BHE의 순서로 Hammett 상수(${\sigma}_P$) 값의 순서와 비교적 같은 경향을 나타내었다. 전이금속(II) 이온들의 착물의 안정도상수(${\log}K_{ML}$) 값의 크기는 Co(II) < Ni(II) < Cu(II) > Zn(II) > Cd(II) > Pb(II)의 순서이었다. 또한 각 리간드들의 전이금속(II) 이온들의 착물 안정도상수(${\log}K_{ML}$) 값들의 크기 순서도 리간드의 총괄 양성자 해리상수(${\log}{\beta}_p$) 값과 서로 잘 일치하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hydrobromic acid salt of a $N_2O_2$ tetradentate ligand, N,N'-bis(2-hydroxybenzyl)-ethylene-diamine ($H-BHE{\cdot}2HBr$) was synthesized. $Br-BHE{\cdot}2HBr$, $Cl-BHE{\cdot}2HBr$, $CH_3-BHE{\cdot}2HBr$ and $CH_3O-BHE{\cdot}2HBr$ havin...

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  • 전자 흡수스펙트럼은 Shimadzu UV-1600 분광광도계로 측정하였고, 적외선 스펙트럼은 Shimadzu IR 440 분광광도계로 측정하였다. 1HNMR과 13C-NMR 스펙트럼은 Varian Mercury 300 NMR 분광기로 측정하였고, C, H, N, 원소분석은 Elementar사의 Valio EL를 사용하였고, 질량 스펙트럼은 JEOL사의 JMS 700 High Resolution Mass 분광기를 사용하였다. 초 순수 증류수 제조는 Human Tech 사의 PURE UP을 사용하여 제조하였고, 전위차 적정은 Metrohm 665 Dosimat 자동 적정기와 Metrohm 605 pH메터를 사용하였다.
  • Table 2에는 Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) 및 Pb(II)이온과 합성된 리간드의 각 혼합물을 KOH로 전위차 적정할 때 변화되는 pH값을 이용하여 BEST 프로그램으로 착물 안정도상수(logKMLH 및 logKML) 값을 계산하여 수록하였다. Table 2의 결과와 같이 전이 금속 이온들의 착물 안정도상수(logKML)는 Co(II) < Ni(II) < Cu(II) > Zn(II) > Pb(II) > Cd(II)의 순서로 나타났다.
  • 15-20 salen은 이민기를 가진 시프염기 리간드이기 때문에 메탄올 용매에서 이민기를 환원제 NaBH4를 사용하여 환원시키면 이차 아민기(-NH-)로 환원되어 새로운 N2O2계 네 자리 리간드 N,N'-bis(2-hydroxybenzyl)ethylenediamine(HBHE)가 합성된다. 또한 H-BHE의 페놀의 5-위치에 치환기로 브롬, 염소, 메틸기 및 메톡시기를 가진 N,N'-bis(5-bromo-2-hydroxybenzyl)-thylenediamine(Br-BHE), N,N'-bis-(5-chloro-2-hydroxybenzyl)-ethylenediamine(ClBHE), N,N'-bis(5-methyl-2-hydroxybenzyl)-ethylenediamine(CH3-BHE) 및 N,N'-bis(5-methoxy-2-hydroxybenzyl) ethylenediamine(CH3O-BHE)을 합성하고, 페놀기 대신에 napthalen-2-al 기를 가진 N,N'-bis(2-hydroxynapthalen-2-ol)-ethylenediamine(Nap-BHE)도 합성하였다. 합성된 산소-질소계 새로운 네 자리 리간드들의 양성자 단계해리상수(logKn H)와 Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) 및 Pb(II) 이온과의 착물 안정도 상수(logKML) 값은 전위차 적정 법으로 적정하여 변화되는 pH 값을 이용하여 계산하였다.
  • 리간드의 양성자 해리상수 값을 얻기 위한 실험은 합성된 리간드 H-BHE·2HBr, Br-BHE·2HBr, ClBHE·2HBr, CH3-BHE·2HBr, CH3O-BHE·2HBr 및 Nap-BHE·2HBr를 각각 수용액에 녹여 5.0×10−3M이되도록 만들어 0.1 M KOH 수용액으로 전위차 법으로 적정하여 적정 중 변화되는 pH값을 측정하였다. 이때 적정용액의 이온세기(µ)는 0.
  • 새로운 산소-질소(N2O2)계 네 자리 리간드 H-BHE·2HBr 브롬산염을 합성하고, H-BHE·2HBr의 페놀 5-위치에 치환기로 브롬, 염소, 메틸기 및 메톡시기를 가진 Br-BHE·2HBr, Cl-BHE·2HBr, CH3-BHE·2HBr, CH3O-BHE·2HBr을 합성하였다. 또한 페놀기 대신에 naphthalen-2-ol을 가진 Nap-BHE·2HBr도 합성하였다.
  • 합성된 산소-질소계 새로운 네 자리 리간드들의 양성자 단계해리상수(logKn H)와 Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) 및 Pb(II) 이온과의 착물 안정도 상수(logKML) 값은 전위차 적정 법으로 적정하여 변화되는 pH 값을 이용하여 계산하였다. 이때 계산된 리간드의 양성자 해리상수 값과 전이금속(II) 이온과의 착물의 안정도상수 값 그리고 합성된 각 리간드의 페놀기 C-O의 13C-NMR의 화학적 이동 값이 치환기 종류에 따라 서로 어떤 관계를 가지는가를 검토하였다.
  • 리간드 합성에 사용한 ethylendiamine, salicylaldehyde, 5-chlorosalicylaldehyde, 5-bromosalicylaldehyde, 2-hydroxy-5-methyl-benzaldehyde, 2-hydroxy-5-methoxybenzaldehyde 및 2-hydroxy-1-naphthaldehyde는 Aldrich제 시약을 사용하였고, 각종 금속염은 Fluka 시약을 사용하였고, 유기용매는 Junsei 제품을 정제하지 않고 그대로 사용하였다. 전자 흡수스펙트럼은 Shimadzu UV-1600 분광광도계로 측정하였고, 적외선 스펙트럼은 Shimadzu IR 440 분광광도계로 측정하였다. 1HNMR과 13C-NMR 스펙트럼은 Varian Mercury 300 NMR 분광기로 측정하였고, C, H, N, 원소분석은 Elementar사의 Valio EL를 사용하였고, 질량 스펙트럼은 JEOL사의 JMS 700 High Resolution Mass 분광기를 사용하였다.
  • 1 M KOH 용액으로 전위차 법으로 적정하여 변화되는 pH 값을 측정하였다. 착물의 안정도상수 값은 리간드 농도(mole)와 부피(mL), KOH의 농도(mole)와 소모 부피(mL), 용액의 초기 부피(mL), 양성자의 해리단계 수, 용매 물의 pKw 값 및 적가 된 KOH 부피(mL)에 따른 pH 변화 값을 기본값으로 사용하여 BEST 프로그램으로 계산하였고, 적정 중 생성되는 리간드의 각종 해리화학종과 착물 생성 분포곡선을 구하였다. 22
  • 합성된 각 리간드와 Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) 및 Pb(II) 염을 각각 수용액에 녹여 5.0×10−3M이 되도록 만들어 0.1 M KOH 용액으로 전위차 법으로 적정하여 변화되는 pH 값을 측정하였다. 착물의 안정도상수 값은 리간드 농도(mole)와 부피(mL), KOH의 농도(mole)와 소모 부피(mL), 용액의 초기 부피(mL), 양성자의 해리단계 수, 용매 물의 pKw 값 및 적가 된 KOH 부피(mL)에 따른 pH 변화 값을 기본값으로 사용하여 BEST 프로그램으로 계산하였고, 적정 중 생성되는 리간드의 각종 해리화학종과 착물 생성 분포곡선을 구하였다.
  • 또한 H-BHE의 페놀의 5-위치에 치환기로 브롬, 염소, 메틸기 및 메톡시기를 가진 N,N'-bis(5-bromo-2-hydroxybenzyl)-thylenediamine(Br-BHE), N,N'-bis-(5-chloro-2-hydroxybenzyl)-ethylenediamine(ClBHE), N,N'-bis(5-methyl-2-hydroxybenzyl)-ethylenediamine(CH3-BHE) 및 N,N'-bis(5-methoxy-2-hydroxybenzyl) ethylenediamine(CH3O-BHE)을 합성하고, 페놀기 대신에 napthalen-2-al 기를 가진 N,N'-bis(2-hydroxynapthalen-2-ol)-ethylenediamine(Nap-BHE)도 합성하였다. 합성된 산소-질소계 새로운 네 자리 리간드들의 양성자 단계해리상수(logKn H)와 Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) 및 Pb(II) 이온과의 착물 안정도 상수(logKML) 값은 전위차 적정 법으로 적정하여 변화되는 pH 값을 이용하여 계산하였다. 이때 계산된 리간드의 양성자 해리상수 값과 전이금속(II) 이온과의 착물의 안정도상수 값 그리고 합성된 각 리간드의 페놀기 C-O의 13C-NMR의 화학적 이동 값이 치환기 종류에 따라 서로 어떤 관계를 가지는가를 검토하였다.

대상 데이터

  • 적정할 때 온도조절은 Metrohm제 항온 셀과 Jeio Tech Co. RC-10V 항온조를 사용하여 25±0.1℃로 고정시켜 실험을 행하였으며 냉각판 교반기는 Aldrich사의 SK-12-1M을 사용하였다.
  • 리간드 합성에 사용한 ethylendiamine, salicylaldehyde, 5-chlorosalicylaldehyde, 5-bromosalicylaldehyde, 2-hydroxy-5-methyl-benzaldehyde, 2-hydroxy-5-methoxybenzaldehyde 및 2-hydroxy-1-naphthaldehyde는 Aldrich제 시약을 사용하였고, 각종 금속염은 Fluka 시약을 사용하였고, 유기용매는 Junsei 제품을 정제하지 않고 그대로 사용하였다. 전자 흡수스펙트럼은 Shimadzu UV-1600 분광광도계로 측정하였고, 적외선 스펙트럼은 Shimadzu IR 440 분광광도계로 측정하였다.
  • 본 연구에서 사용된 산소-질소계 네 자리 시프염기리간드인 N,N'-bis(salicylaldehyde)ethylenediamine(salen)은 Cu(II) 이온의 용매 추출시약으로 이용되고 있다.12-14 또한 salen 유도체 리간드들의 전이금속 착물은 여러 화학반응의 반응촉매 등으로 매우 응용력이 높아 많은 연구들이 보고되고 있다.
  • 1HNMR과 13C-NMR 스펙트럼은 Varian Mercury 300 NMR 분광기로 측정하였고, C, H, N, 원소분석은 Elementar사의 Valio EL를 사용하였고, 질량 스펙트럼은 JEOL사의 JMS 700 High Resolution Mass 분광기를 사용하였다. 초 순수 증류수 제조는 Human Tech 사의 PURE UP을 사용하여 제조하였고, 전위차 적정은 Metrohm 665 Dosimat 자동 적정기와 Metrohm 605 pH메터를 사용하였다. 적정할 때 온도조절은 Metrohm제 항온 셀과 Jeio Tech Co.

데이터처리

  • 78 값을 사용하였다.21 각 리간드의 양성자 해리상수 값은 적정 중 측정된 pH값을 이용하여 Fortran 77로 만들어진 PKAS 프로그램을 사용하여 계산하였고, 각 리간드를 적정 중 생성되는 각종 해리화학종의 분포곡선을 구하였다. 22

이론/모형

  • 또한 페놀기 대신에 naphthalen-2-ol을 가진 Nap-BHE·2HBr도 합성하였다. 각 리간드의 합성은 적외선 분광법, 자외선 분광법, 1H NMR 및 13C NMR 분광법, 질량분석법 및 C, H, N 원소분석법을 통하여 확인하였다. 합성된 각 리간드의 페놀성 수산기 및 이차 아민기의 양성자 해리단계(logKn H)는 전위차 적정한 결과 4 단계로 일어났다.
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참고문헌 (29)

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