Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Панкратов А.В. Химия фторидов азота

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
10.67 Mб
Скачать

Следует обратить внимание, что спектры дифторамина в твердой и газообразной фазах различаются больше, чем это имеет место для тетрафторгидразина и хлордифторамина. Это может быть связано с межмолеку­ лярным взаимодействием в конденсированной фазе,

характерным

для

полярных

веществ.

 

 

На основании частот ИК-спектра и геометрических

параметров

Арумугаи

и Радхакришнан

рассчитали

термодинамические

функции

дифторамина

в

интер­

вале

100—1000 °К [72], а Москвитина [73] — в интер­

вале

100—5500 °К;

их

данные

хорошо

совпадают

(см.

Приложение).

 

 

 

 

 

 

Дифторамин

поглощает

в области выше

2400 А.

Как

показали

Якокс и Миллиган

[74], после

облуче­

ния дифторамина светом

с X = 2400 -4- 2500 А

обнару­

живается быстро исчезающее поглощение в области 3950—5000 А. Поскольку возможные продукты рас­ пада дифторамина (NF2 , NH , NF) не поглощают в этой области, авторы [74] предположили что происходит

фотодиссоциация

на атом

фтора и

новый

 

радикал

• NFH:

 

 

 

 

 

 

 

 

N F S H + Av = - N F H + F

 

 

 

Энергии связей

в молекуле

дифторамина

рассчита­

ны из энтальпии

образования

при

допущении, что

энтальпия группы NF 2 в молекуле соответствует эн­

тальпии

радикала

-NF2 . В таком случае энергия дис­

социации

связи N—Н равна

77,6 ккал/моль,

а

энергия

диссоциации связи

N—F равна

70,5 ккал/моль.

Длина

связи N—Н в дифторамине

несколько больше, чем в

молекуле аммиака, поэтому энергия диссоциации свя­

зи N—Н в NF2 H

оказывается

меньшей, чем в аммиаке

( £ , c p e f l H (NH 3 ) = 93

ккал/моль,

ENH2_H

= 103

ккал/моль).

Однако принятое

в расчете

допущение не

является

строгим, ибо геометрические параметры группы NF 2 в молекуле несколько отличаются от параметров ра­ дикала • NF2 .

2.4. ХЛОРДИФТОРАМИН И ДИХЛОРФТОРАМИН

Хлордифторамин. Геометрические параметры моле­ кулы впервые измерили Вилков и Назаренко [75]

электронографическим методом; они установили сле­ дующие характеристики:

r N _ p =

1,382 ± 0 , 0 0 9 А

' N - C l =

1,730

± 0 , 0 0 8 А

F...F

2 , 1

6 0 ± 0 , 0 1 l A

r F ... cl =

2 , 4 7

6 ± 0 , 0 1 2 А

F—N—F =

103

± 1°

F—N—С1 =

105 ±

Частоты в ИК-спектре [76—78] представлены в табл. 9 и на рис. 7. Расчет спектра хлордифторамина выполнен также в работе [79].

1800

1600

1100'

900

700

см­

 

утно.. 7. ИК-спектр

хлордифторамина,

снятый при 60 мм ptn.

cm.

 

 

(/) и 20

мм pm. ст.

(2).

 

 

 

Спектр

твердого

хлордифторамина

снят

при

—150 °С и в матрице

аргона при —293 °С.

 

 

Удовлетворительное совпадение частот в спектре

газообразного

и твердого хлордифторамина,

вероятно,

указывает на отсутствие межмолекулярного взаимо­ действия в конденсированной фазе.

Кузяков и Москвитина [77, 79] дважды выполнили расчет колебательного спектра и термодинамических функций хлордифторамина. Для расчета они приняли параметры молекулы по аналогии с другими соедине­ ниями фтора и хлора: r N _ F = 1,37 A, rN_C\ — 1,79 А,

 

 

Таблица

9.

Частоты (в см'1) в

ИК-спектре

 

 

 

 

 

 

 

хлордифторамина

 

 

 

 

 

 

Газ

 

 

 

 

 

Твердый

 

 

 

 

Экспери­

Основные

 

Расчет

 

 

 

Отнесение

частот

частоты

 

[44]

[78]

 

мент

 

 

 

 

[44]

 

 

 

 

 

[44]

[44]

|

[78]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1760

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1693

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1390

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

942

Р

932

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

932

Q

 

930,2

953

 

915 Q

918

~'х

(А') сим. вал. N—F

920

R

854

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

860

R

 

855,5

866

 

830 Q

v6

(А")

антисим. вал.

848

Р

 

 

 

817 Q

842

 

N—F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

706

Р

 

 

 

837

 

 

 

 

698

Q

698

 

696,9

703

 

694 Q

692

v2

(А') вал. N—С1

685

R

 

 

555,5

 

 

ч3

(А') деформ. NF 2

556

Q

556

 

543

 

380

Q

378

 

377

 

328

 

366

v4

(А") сим.

деформ.

270

Р, R

270

 

293

 

382

 

С1—N—F

 

 

 

у 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

377

(А")

антисим. де­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

форм. CI—N—F

FNF

=

102°,

FNC1 =

107°.

Рассчитанные

частоты

слГ1) недостаточно хорошо

совпали с

эксперимен­

тальными:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эксп.

расч.

 

 

 

ух

(А'),

см-1

 

 

932

 

1010

 

 

 

v8

(А"), см'1

 

 

854

897

 

После того как Вилковым [75] были получены электронографические данные, Москвитина [44] пересчитала частоты колебательного спектра и термодинамические функции. Рассчитанные частоты представлены в табл. 9; как видно, между расчетом и экспериментом

имеется

хорошее

соответствие.

 

 

Термодинамические функции, рассчитанные с ис­

пользованием

правильных

геометрических

параметров

[44], представлены

в Приложении.

Полосы

поглощения

хлордифторамина

в УФ-области спектра имеют длин­

новолновую

границу при

2500

А. При

облучении

УФ-светом хлордифторамин диссоциирует

с образо­

ванием

тетрафторгидразина.

 

 

Связи в молекуле ковалентны. Несмотря на раз­ личия в электроотрицательностях атомов J.N и С1, связь N—С1, вероятно, не поляризована; на это ука­ зывает сходство ИК-спектров газообразного и твердого дифторамина.

2000 WOO /600 МО 1200 1000 800 600 U00 см'1

а

750

650

см

Рис.8. ИК-спектр дихлорфторамина, снятый при 700 мм рт. ст.

(а)и 80 мм рт. ст. (б).

Энергии связей рассчитаны [80] на основании стан­ дартной энтальпии образования в предположении о равенстве энтальпии группы NF2 в молекуле и энталь­

пии радикала

-NF2 ; энергия диссоциации

связей NCI

и NF равны

соответственно 34,9 и 70,5

ккал/моль.

Сделанное допущение в данном случае более правомоч­ но, чем в случае дифторамина, ибо геометрические па­ раметры группы NF2 в хлордифторамине мало отли­ чаются от параметров радикала -NF2 .

Дихлорфторамин. Геометрические параметры моле­ кулы не исследовались. ИК-спектр представлен на рис. 8, а основные частоты [81] в табл. 10.

Частота

1644

1633

1625

1453

1445

1435

1390

1382

1375

1309 1

1298 |

1224

1157

1119 \

1105 J

1030

1024

1018

950

832 \

818 )

773

765

760

698

692

686

621

609

555

540

418

400

352

344

336

279 1

268 J

Таблица

10. Основные

 

частоты (в

см'1)

в ИК-спектре

дихлорфторамина

[81]

Интенсивность

 

 

 

Отнесение частот

слаб,

v

i

+

v i

 

оч.

слаб.

v

l

+

v 2

 

слаб.

^6

+

''5

 

»''б + v2

оч. слаб.

v 2 + ^2

»-'1 + Чв

слаб.

v5

+

v3

 

 

 

 

 

v2

+

""3

 

 

 

 

оч. слаб,

v 2

+

v 6

 

 

 

 

сильн.

4

(a')

 

NF

вал.

слаб.

 

 

 

 

 

 

 

сильн.

\

(«")

NCI

асим.

вал.

средн.

•'2

(a')

NCI

сим.

вал.

слаб.

v 4

+

v 4

 

 

 

 

 

•'з

(a')

FNC1

деформ.

 

 

 

 

 

средн.

''в

(a")

FNC1

деформ.

слаб.

•'4

( « ' )

C1NC1

деформ.

Анализ и расчет колебательного спектра не проводили.

2.5. ЦИС- И ТРАНС-ИЗОМЕРЫ ДИФТОРДИАЗИНА

Геометрические параметры дифтордиазинов изме­ рял Бауэр [82] электронографическим методом. Им

были

установлены

следующие параметры:

rN _N =

= 1,25

A , r N _ F

=

1,44

A, ^ F — N — N

= 115°.

Бауэр

Исследование

было

выполнено в

1947 г.

впервые предположил, что дифтордиазин представляет собой смесь цис- и транс-изомеров. Однако не имея возможности проанализировать эту смесь, Бауэр был вынужден принять соотношение изомеров равным 1 : 1 и отнести полученные геометрические параметры к эквимолекулярной смеси газов. Через 20 лет Бауэр измерил электронографическим методом параметры изомеров дифтордиазина [83]. На этот раз Бауэр ра­ ботал с отдельными и довольно чистыми изомерами — образец цис-изомера содержал 3% транс-, а образец транс-изомера — 2% цис-дифтордиазина.

Установлены

следующие параметры:

 

 

 

транс-изомер

цис-изомер

r N = N '

^

1,2305+0,010

1,2139+0,012

 

 

rN-F'

^

1,3962+0,008

1,4101+0,009

 

 

^ N — N — F

105,50+0,7°

114,44+1,0°

В цис-изомере ^ F N N больше, чем в транс-изомере; вероятно, это объясняется тем, что взаимодействие

атомов фтора в первом случае сильнее,

чем во втором.

Этим

же объясняется и

большая длина связи N—F

(т. е.

меньшая энергия

диссоциации

связи N—F) в

цис-изомере, а также повышенная химическая актив­ ность цис-изомера по сравнению с транс-изомером. Однако энергия связи N = N в цис-изомере больше, чем в транс-изомере. Вероятно, этим и объясняется близость энтальпий образования обоих изомеров (см. гл. 3).

Кусковский и Вильсон [84] сняли микроволновой спектр смеси изомеров, содержащей 85% цис- и 13% транс-изомера. Полученные результаты они приписали цис-изомеру:

r N = N =

1 , 2 1 4 ± 0 , 0 0 5 А

г м „ =

1,384 + 0 , O l A

IN—Г

^ F — N — N = 114,5 + 0,5°

Дипольный момент, рассчитанный для цис-изомера, равен 0,16 ± 0,001 D.

Как видно, параметры, рассчитанные микроволно­ вым и электронографическим методом, очень хорошо совпадают, однако различия в длине связи N—F превышают ошибку эксперимента.

ИК-спектр цис- и транс-изомеров дифтордиазина представлен на рис. 9.

too

Л/

 

((

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

яГ SO

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

^ го

 

 

 

 

 

woo тоо

то

юоо

-ІЇ-

500

 

Рис. 9. ИК-опектр транс (а) и цис (б)-изомеров дифтордиазина.

Спектр впервые проанализировал Санборн [85]. Для химически неактивного изомера была принята транс-конфигурация. Спектр активного изомера Сан­ борн не смог интерпретировать исходя из цис-конфи-

гурации. Поэтому он предложил структуру

1,1-изомера

P

v

- Л

 

I

^ , N = N1 . Последующие работы, в

том числе

исследование спектра ЯМР активного изомера [86], установили идентичность обоих атомов азота, и струк-

тура Санборна была признана неправильной. Как по­ казали Эттингер [87] и Кузяков [51], ИК-спектр ак­ тивного изомера можно трактовать как спектр цисформы. Спектр комбинационного рассеяния газообраз­ ного цис-изомера сняли Кинг и Оверенд [88], ИКспектр — Санборн [85]; частоты цис-изомера (в см-1) рассчитаны Кузяковым [51] с учетом геометрических

параметров, полученных Кусковским

и

Вильсоном

(табл.

11).

 

 

 

 

 

 

 

цис-

и отранс-дифтордиазина

 

 

 

 

 

цис-форма

 

 

 

ИК-спектр

КР-спектр

Расчет

Отнесение частот [51]

[85]

 

[88]

[51]

1524

 

1526

1520

 

(А')

сим. вал.

952

 

945

918

v4 (А) асим. вал.

896

 

884

909

v2

(А")

сим. вал.

737

 

729

744

v6

 

 

 

 

550

 

 

 

 

3 0 0 ± 3 5

 

341

247

v3

сим.

 

транс-форма

ИК-спектр КР-спектр

[85][89]

1636

1523

1010

1018

989

 

592

603

421

 

360

 

 

Отнес?нне

частот

 

v2

вал.

N = N

v t

(А')

сим. вал.

NF

v4

(А")

асим. вал.

N—F

va (А')

сим. деформ.

N = N F

v3 (А") асим. деформ.

 

N = N F

крут.

Кинг,и Оверенд [90] провели анализ колебатель­ ного спектра транс-изомера. Полученная ими враща­ тельная константа соответствует следующим геометри­

ческим

параметрам

молекулы: rN _N = 1,224 А,

r N _ F =

1,397 A, ^ N N F

= 106,3°. По мнению авторов,

полученные данные совпадают с электронографическими измерениями Бона и Бауэра [83].

Дифтордиазины поглощают в ультрафиолетовой области, начиная с Я « 2200 А. При повышении дав-

ления от 50 до 400 мм рт. ст. длинноволновая граница поглощения смещается к 2450 А.

Термодинамические функции транс-изомера были рассчитаны Путнером [91], который пользовался ста­ рыми некорректными геометрическими параметрами, установленными Бауэром. Москвитина [44] рассчитала термодинамические параметры дифтордиазинов (см. При­ ложение), исходя из геометрических параметров цисизомера, установленных Кусковским и Вильсоном, и отнеся их к обоим изомерам. В связи с этим термоди­ намические функции транс-изомера могут быть недо­

статочно

точными.

 

Энергии связей рассчитаны [80] на основании энталь­

пии

образования

дифтордиазинов. Если принять Е^_Р

равной средней энергии диссоциации связи N—F в

радикале

NF2 ,

то для ENa,N

получается значение

97,2

ккал/моль.

 

 

2.6. ОКСИФТОРИДЫ АЗОТА

2.6.1. Фтористый нитрозил

Структура молекулы FNO изучалась методом микро­ волновой спектроскопии Магнусоном еще в 1950 г. [92,93] и Бактоном и др. [94]. Магнусон рассчитал пара­ метры:

' N - 0 = 1 . ^

^ O N F = 110°

Бактон [94] синтезировал фтористый нитрозил, меченный по азоту, из хлористого нитрозил а и фторида серебра. Из микроволнового спектра получены сле­ дующие геометрические параметры:

r N - F = =

1.512 + 0 , 0 0 5 А

r N - o =

1.136 + 0,003А

^ F N O = 110+ 10°

Как видно, данные Бактона и Магнусона хорошо совпадают. Структура молекулы фтористого нитрозила и ИК-спектр фтористого нитрозила представлены на

рис. 10. Экспериментально найденные частоты колеба­ ний фтористого нитрозила по данным [95—97] представ­ лены ниже:

v, слг 1 . . .

521

765 1844

1037

1290

2365 2612

Колебание .

v2 ДеФ-

v3 в а л - v iв а л -

2

ч 2 + ч 3

V 1 + M 2

 

F—N—О F—N N—О

 

 

 

Магнусон рассчитал по данным микроволнового спектра дипольный момент молекулы, который оказал­ ся равным 1,81 D. Дипольный момент связи N—F

Рис. 10. Структура и ИК-спектр фтористого нитрозила.

выбран равным 1,75 D; при этом направление его вектора противоположно тому, которого следует ожи­ дать, исходя из электроотрицательности атомов азота и кислорода. Как видно из данных Магнусона, во фто­ ристом нитрозиле дипольный момент связи N—F сильно увеличен по сравнению с другими фторидами азота.

Термодинамические функции рассчитали Стефенсон и Джонес [98], используя геометрические пара­ метры, полученные Магнусоном, и данные ИК-спектра (см. /7риложение).

4—1246

49

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ