![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Панкратов А.В. Химия фторидов азота
.pdfСледует 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 ± 1° |
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 |
|||||||
(в 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. |
N—F |
|
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 - |
2ч2 |
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 |