Журнал неорганической химии, 2022, T. 67, № 8, стр. 1058-1069

Исследование спин-кроссовера в комплексах железа(II) с 2,6-бис(4,5-диметил-1H-имидазол-2-ил)пиридином и клозо-боратными анионами

А. Д. Иванова a, Л. Г. Лавренова a*, Е. В. Коротаев a, С. В. Трубина a, А. Я. Тихонов b, В. В. Кривенцов c, С. А. Петров d, К. Ю. Жижин e, Н. Т. Кузнецов e

a Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН
630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 3, Россия

b Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН
630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 9, Россия

c Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
630090 Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 5, Россия

d Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН
630128 Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18, Россия

e Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

* E-mail: ludm@niic.nsc.ru

Поступила в редакцию 11.01.2022
После доработки 15.01.2022
Принята к публикации 25.01.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Синтезированы новые координационные соединения железа(II) с 2,6-бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридином (L) и клозо-борат(2-)-анионами состава [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O, [FeL2]B12H12 ⋅ H2O. Соединения идентифицированы и исследованы методами CHN-анализа, электронной (спектроскопии диффузного отражения), ИК-, мессбауэровской и EXAFS-спектроскопии, РФА, статической магнитной восприимчивости. Структура координационного узла комплексов [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O и [FeL2]B12H12 ⋅ H2O получена в процессе моделирования спектров EXAFS. Лиганд координируется к иону железа(II) тридентатно-циклическим способом двумя атомами азота циклов имидазола и атомом азота пиридина, координационный узел – FeN6. Изучение зависимости магнитной восприимчивости от температуры в диапазоне 80–500 K показало, что в полученных соединениях проявляется высокотемпературный спин-кроссовер 1А15Т2.

Ключевые слова: синтез координационных соединений, железо(II), 2,6-бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридин, клозо-борат(2-)-анионы, спин-кроссовер 1А15Т2

ВВЕДЕНИЕ

Явление спин-кроссовера (СКО) неизменно привлекает внимание исследователей и интенсивно изучается [19]. СКО наблюдается в комплексах металлов с электронной конфигурацией 3d4–3d7 преимущественно в октаэдрическом или псевдооктаэдрическом окружении лигандов. Под влиянием внешних условий (температуры, давления, облучения светом определенной длины волны и других факторов) спиновая мультиплетность центрального атома может изменяться. Соединения с СКО обладают способностью к существованию в двух состояниях с достаточно продолжительным временем жизни: низкоспиновом (НС) и высокоспиновом (ВС). Это служит предпосылкой для их использования в качестве элементной базы электронных устройств [3, 1015]. Комплексы железа(II) с полиазотсодержащими гетероциклическими лигандами являются перспективным классом соединений, обладающих такими свойствами. При определенной силе поля лиганда в них наблюдается СКО 1А15Т2. Новосибирской группой ранее были синтезированы и исследованы представительные ряды комплексов железа(II) с двумя классами полиазотистых лигандов: 1,2,4-триазолами [1619] и трис(пиразол-1-ил)метанами [4, 9]. Получена серия соединений железа(II) с 1,2,4-триазолом и его 4-замещенными производными и различными внешнесферными анионами. Необходимо отметить, что интерес к 1,2,4-триазолам в качестве лигандов среди исследователей, занимающихся спин-кроссовером, не ослабевает на протяжении ряда лет. Совсем недавно были опубликованы две работы, в которых сообщается о новом, довольно неожиданном применении комплексов, синтезированных в нашей группе [20, 21]. В статье [20] описан новый подход к развитию 4D-печати, основанный на применении нанокомпозитов, обладающих СКО. Создание 4D-принтера заключается в применении умных, реагирующих на изменение внешних условий материалов, которые позволяют изменять форму и/или функциональность 3D-печатного объекта. Чтобы отличить эти объекты от статических 3D-печатных структур, использовали термин 4D-печать, где четвертое измерение относится ко времени. Для достижения этой цели в качестве комплекса, обладающего СКО, авторами был выбран и успешно применен синтезированный нами ранее комплекс железа(II) c 4-амино-1,2,4-триазолом состава Fe(NH2trz)3SO4 [18]. Работа [21] посвящена поиску зависимости чувствительности взрывчатых веществ, обладающих СКО, от состояния центрального атома. Авторами был исследован полученный нами ранее комплекс перхлората железа(II) с незамещенным 1,2,4-триазолом состава Fe(Htrz)3(ClO4)2 [16, 19], в котором проявляется СКО. Исследование взаимосвязи между характеристиками спин-кроссовера и чувствительностью комплекса к внешним воздействиям – удару, трению и т.д. показало, что наблюдается корреляция между НС- или ВС-формой комплекса и его чувствительностью. Обнаружено, что Fe(Htrz)3(ClO4)2 в НС-форме имеет более низкую чувствительность к удару по сравнению с ВС-формой этого комплекса. Авторы ожидают, что соединения, обладающие СКО и чувствительностью к внешним воздействиям, станут новым классом переключаемых взрывчатых веществ.

В настоящее время мы занимаемся синтезом и исследованием комплексов Fe(II) с 2,6-бис(имидазол-2-ил)пиридинами. Нами и другими авторами были получены и изучены комплексы Fe(II) с 2,6-бис(бензимидазол-2-ил)пиридином и различными внешнесферными анионами [2226], которые обладают спин-кроссовером. Наряду с лигандами данного класса проводится изучение СКО в комплексах железа(II) c 2,6-бис(пиразол-1-ил)пиридином и его производными [2729]. В продолжение наших исследований мы получили комплексы ряда солей железа(II) c новым синтезированным нами лигандом – 2,6-бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридином (L) [30], в которых наблюдается СКО 1А15Т2. В данной работе мы синтезировали и изучили комплексы железа(II) с L и клозо-борат(2-)-ионами состава [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O и [FeL2]B12H12 ⋅ H2O.

Соединения, содержащие кластерные анионы бора, перспективны для создания цитотоксических препаратов и препаратов для нейтронозахватной терапии опухолей [3135]. Изучение полученных нами ранее комплексов железа(II) с рядом полиазотистых лигандов, содержащих в качестве внешнесферных анионов ${{{\text{B}}}_{{10}}}{\text{H}}_{{10}}^{{2 - }}$ и ${{{\text{B}}}_{{12}}}{\text{H}}_{{12}}^{{2 - }}$ [26, 36, 37], показало, что в них наблюдается спин-кроссовер. Представлялось целесообразным продолжить исследования в этом направлении.

2,6-Бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридин (L)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для синтеза использовали FeSO4 ⋅ 7H2O фирмы AcrosOrganics, аскорбиновую кислоту “мед.”, этанол “ректификат”. K2B10H10 ⋅ 2H2O и K2B12H12 получали по методике [38]. Все реагенты использовали без дополнительной очистки. 2,6-Бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридин (L) синтезировали по методике [30], его спектральные характеристики соответствуют приведенным в литературе.

Синтез комплексов [FeL2]B10H10 2H2O (1 · 2H2O), [FeL2]B12H12H2O (2 · H2O). Навеску 0.07 г (0.25 ммоль) соли FeSO4 ⋅ 7H2O растворяли в 6 мл дистиллированной воды, подкисленной 0.05 г аскорбиновой кислоты. К полученному раствору при перемешивании прибавляли соли клозо-боратов: 0.09 г (0.4 ммоль) K2B10H10 ⋅ 2H2O или 0.09 г (0.4 ммоль) K2B12H12 в 5 мл воды. Затем медленно при перемешивании к каждому из полученных растворов прибавляли нагретый раствор 0.15 г (0.54 ммоль) L в 5 мл этанола. Сразу после смешивания растворов выпадали бордовые осадки, которые перемешивали на магнитной мешалке в течение 5 ч. Осадки отфильтровывали, промывали по два раза 1 мл воды и 1 мл этанола, высушивали на воздухе. Выход соединений 1 и 2 составил 93 и 95% соответственно.

C H N
Найдено, %: 48.9; 6.3; 18.4.
Для C30H48B10FeN10O2
вычислено, %: 48.4; 6.5; 18.8.
Найдено, %: 46.9; 6.5; 17.8.
Для C30H50B12FeN10O2
вычислено, %: 46.9; 6.6; 18.2.

Элементный анализ лиганда и комплексов на C, H, N проводили на приборе Euro EA 3000 фирмы EuroVector (Италия).

Дифрактометрическое исследование поликристаллических соединений выполнено на дифрактометре Shimadzu XRD 7000 (излучение CuKα, Ni-фильтр, сцинтилляционный детектор) при комнатной температуре.

Рентгеновские спектры поглощения в области Fe K-края (150 до края–800 эВ выше края поглощения) получены на 8 канале накопителя ВЭПП-3 СЦСТИ (Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения) ИЯФ СО РАН [39]. Спектры получены в стандартном режиме на пропускание с использованием ионизационных камер, заполненных смесями газов Ar/He (мониторирующий детектор) и Xe (финальный детектор). В качестве входного кристалла монохроматора использовали прорезной монокристалл Si(111). Энергия накопительного кольца во время измерений составляла 2 ГэВ при значении тока 70–140 мА. Для проведения измерений образцы смешивали с порошковой целлюлозой в качестве наполнителя и прессовали в таблетки. Количество образца рассчитывали таким образом, чтобы скачок поглощения составлял величину Δμx = 0.8–1.0 на Fe K-крае. Для измерения спектров поглощения при повышенной температуре для комплексов в ВС-состоянии образцы помещали в трубчатую печь, открытую с концов. Температуру в середине печи, где находился образец, поддерживали с помощью терморегулятора ТЕРМОДАТ 10К на уровне 420 ± 5 K.

ИК-спектры поглощения комплексов снимали на ИК-фурье-спектрометрах Scimitar FTS 2000 в области 4000–400 см–1 и Vertex 80 области 400–100 см–1. Образцы готовили в виде суспензий в вазелиновом и фторированном масле и полиэтилене. ИК-спектры лиганда регистрировали в таблетках KBr на спектрометре Bruker Vector-22, УФ-видимый спектр лиганда получали с использованием спектрофотометра Hewlett-Packard HP 8453.

Спектры ЯМР 1Н и 13С лиганда записывали на спектрометре Bruker AV-300 при 300 и 75 МГц соответственно. Химические сдвиги определяли относительно сигналов остаточного растворителя (ДМСО-d6: 2.50 м.д. для ядер 1Н и 39.5 м.д. для ядер 13С), температуры плавления – на приборе Mettler Toledo FP-900.

Спектры диффузного отражения Кубелки–Мунка регистрировали на сканирующем спектрофотометре UV-3101 РС фирмы Shimadzu при комнатной температуре.

Статическую магнитную восприимчивость образцов измеряли методом Фарадея в интервале температур 80–520 K. Температурную стабилизацию образца с точностью 1 K во время измерения осуществляли с помощью ПИД-регулятора DTB9696 фирмы Delta Electronics. Скорость нагрева и охлаждения образцов составляла ~2–3 град./мин. Напряженность внешнего магнитного поля 7.3 кЭ при проведении исследований поддерживали с точностью стабилизации ~2%. Для исследования синтезированных соединений, содержащих кристаллизационную воду, образцы запаивали с атмосферным воздухом в кварцевые ампулы. Для исследования дегидратированных комплексов исходные соединения помещали в открытые кварцевые ампулы, вакуумировали до остаточного давления в измерительной ячейке установки 10–2 мм рт. ст., затем создавали инертную атмосферу гелия при давлении 5 мм рт. ст. Температуры прямого (Тс↑) и обратного (Тс↓) переходов определяли исходя из условия d2µэф/dT2 = 0. Значения эффективного магнитного момента вычисляли по формуле μэф = ${{\left( {8\chi _{{\text{M}}}^{'}T} \right)}^{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}},$ где $\chi _{{\text{M}}}^{'}$ – молярная магнитная восприимчивость, исправленная на диамагнетизм атомов по схеме Паскаля.

Мессбауэровские спектры комплексов измеряли при комнатной температуре на спектрометре NP-610 с источником 57Co (Rh). В результате обработки спектров находили изомерный сдвиг δ (относительно α-Fe) и квадрупольное расщепление ε.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Соединения [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O и [FeL2]B12H12 ⋅ ⋅ H2O получали из водно-этанольных растворов при концентрации соли железа(II) ~0.1 моль/л и стехиометрическом соотношении Fe : L. В качестве восстановителя и слабоподкисляющего реагента к раствору железа(II) добавляли аскорбиновую кислоту. Синтез проводили в две стадии. На первой стадии получали раствор клозо-боратов железа(II) из водного раствора FeSO4 с использованием полуторакратного избытка солей K2B10H10 ⋅ 2H2O или K2B12H12. На второй стадии к полученным растворам добавляли раствор лиганда в этаноле. Комплексы получали с высоким выходом (>90%).

Параметры микроструктуры комплексов (состав и строение ближайших сфер окружения вокруг атома железа) получены на основании данных EXAFS-спектроскопии. Выделение осциллирующей части спектра поглощения (EXAFS-функции) из общего спектра проводили в программе VIPER 10.17 [40]. Функции радиального распределения вокруг атома железа получены преобразованием Фурье домноженных (взвешенных) на k3 EXAFS-функций в диапазоне волновых чисел Δk = 2.0–13.0 Å−1 (рис. 1).

Рис. 1.

Экспериментальные χ(k)k3 EXAFS-спектры в области Fe K-края поглощения (а) и функции радиального распределения без учета фазового сдвига (б) для исследуемых комплексов: [FeL2]B10H10 · 2H2O – сплошная линия, [FeL2]B12H12 · H2O – пунктирная линия.

В качестве исходной модели для расчета спектров комплексов в низкоспиновом состоянии использовали структуру комплекса с 2,6-бис(бензимидазол-2-ил)пиридином вследствие схожести структур координационного узла иона железа(II) с этим и исследуемым в данной работе лигандом (2,6-бис(4,5-диметил-1H-имидазол-2-ил)пиридином) и предположение, что к иону железа(II) координируются два лиганда по тридентатно-циклическому типу. Моделирование локального окружения вокруг атома железа (межатомные расстояния Ri, координаты атомов, углы) проводили в программе EXCURVE 98 [41] для целой молекулы в приближении многократного рассеяния без учета атомов водорода, CH3-групп и анионов, так как они оказывают слабое влияние на форму EXAFS-спектра вследствие структурной удаленности от центрального атома железа. Это позволило снизить количество варьируемых параметров в процессе моделирования. Процедура моделирования была проведена в диапазоне волновых векторов Δk = 3.0–12 Å–1 со взвешивающим коэффициентом w = k3 и значением фактора амплитудного подавления S02 = 1.0. Структура координационного узла и данные о локальном окружении атома железа, полученные при моделировании спектров EXAFS, приведены на рис. 2 и в табл. 1 соответственно.

Рис. 2.

Общий вид структуры координационного узла, полученный в процессе моделирования EXAFS-спектров комплексов [FeL2]A2, где A = ${{{\text{B}}}_{{10}}}{\text{H}}_{{10}}^{{2 - }}$ и ${{{\text{B}}}_{{12}}}{\text{H}}_{{12}}^{{2 - }}.$

Таблица 1.

Структура координационного узла комплексов [FeL2]B10H10 · 2H2O и [FeL2]B12H12 · H2O по данным EXAFS. Ri – межатомные расстояния, $2\sigma _{i}^{2}$ – фактор Дебая–Валлера, Fi – индекс, характеризующий статистическую ошибку подгонки

Связь Ri, Å Углы ω, град
1 · 2H2O 2 · H2O 1 · 2H2O 2 · H2O
Fe(1)–N(1) 1.96 1.96 N(1)Fe(1)N(8) 106 104
Fe(1)–N(3) 1.98 1.82 N(1)Fe(1)N(6) 93.7 92.7
Fe(1)–N(4) 1.95 1.95 N(1)Fe(1)N(9) 94.5 94.6
Fe(1)–N(6) 1.94 1.95 N(1)Fe(1)N(3) 75.9 80.2
Fe(1)–N(8) 1.87 1.95 N(3)Fe(1)N(9) 101 100
Fe(1)–N(9) 1.96 1.96 N(3)Fe(1)N(4) 78.0 83.4
2 (Fe–N), Å2 0.011 0.015 Fi(a) 1.6 2.1

Примечание. Точность определения параметров из данных EXAFS: межатомные расстояния и углы ± 1% (для ближайшей сферы окружения). a${{F}_{i}} = \sum\nolimits_i^N {w_{i}^{2}} {{\left( {\chi _{i}^{{{\text{exp}}}}\left( k \right) - \chi _{i}^{{th}}\left( k \right)} \right)}^{2}},$ ${{w}_{i}} = \frac{{k_{i}^{n}}}{{\sum\nolimits_i^N {k_{i}^{n}} \left| {\chi _{j}^{{{\text{exp}}}}\left( k \right)} \right|}}.$

На рис. 3 представлены (для сравнения) экспериментальный и модельный спектры комплекса [FeL2]B10H10 · 2H2O в НС-состоянии.

Рис. 3.

Сравнение экспериментального (1) и модельного (2) EXAFS-спектров (а) и функций радиального распределения (б) для комплекса [FeL2]B10H10 · 2H2O в НС-состоянии.

Измерения спектров поглощения для комплексов в высокоспиновом состоянии удалось выполнить только для комплекса [FeL2]B12H12 · ⋅ H2O с более низкой температурой перехода. На рис. 4 приведены XANES-спектры в области Fe K-края поглощения и первые производные для комплекса в НС- и ВС-состоянии.

Рис. 4.

XANES-спектры в области Fe K-края (а) и первые производные (б) для комплекса [FeL2]B12H12 · H2O в НС- (300 K, кривая 1) и ВС- (420 K, кривая 2) состояниях.

Как видно из рис. 4, при нагреве комплекса до 420 K наблюдается сдвиг края поглощения в область меньших энергий на 1.5 эВ, обусловленный сдвигом незанятых состояний и увеличением межатомных расстояний от центрального атома железа до соседних атомов (Fe–N) [37, 42]. Это происходит вследствие того, что сила кристаллического поля лиганда в низкоспиновом состоянии комплекса выше, чем в высокоспиновом.

Для комплекса [FeL2]B12H12 · H2O в ВС-состоянии моделирование EXAFS-спектра проведено в однократном приближении для фильтрованного в реальном пространстве спектра (ΔR = 1.0–3.2 Å). Координационные числа ближайших сфер окружения вокруг атома железа фиксированы в соответствии с октаэдрической структурой координационного узла комплекса, полученного в процессе моделирования EXAFS спектра комплекса в НС-состоянии в приближении многократного рассеяния. Усредненные данные локальной структуры вокруг атома железа для комплекса [FeL2]B12H12 · ⋅ H2O в НС- и ВС-состоянии приведены в табл. 2, а сравнение модельных и экспериментальных спектров для данного комплекса в ВС-состоянии показано на рис. 5.

Таблица 2.

Структура локального окружения атома железа для комплекса [FeL2]B12H12 · H2O в НС- и ВС-состоянии по данным EXAFS

Соединение Ц.А. (Fe)–рассеиватель Ni НС ВС
Ri, Å i2, Å2 Fi Ri, Å i2, Å2 Fi
[FeL2]B12H12 · H2O
(1 ⋅ H2O)
Fe–N 6 1.95 0.011 2.1 2.17 0.016 1.2
Fe–C 8 2.80 0.013 3.00 0.020
Fe–C 4 3.19 3.46
Рис. 5.

Сравнение экспериментального (1) и модельного (2) EXAFS-спектров (а) и функций радиального распределения (б) для комплекса [FeL2]B12H12 · H2O в ВС-состоянии.

В табл. 3 приведены основные колебательные частоты L и комплексов 1, 2. В спектрах комплексов в области 3600–3500 см–1 регистрируются полосы валентных колебаний O–H. В спектре L в интервале 3460–3200 см–1 расположены широкие слаборазрешенные полосы валентных колебаний NH-групп, которые включены в водородные связи. В спектрах комплексов полосы ν(NH) заметно смещаются (3250 (1) и 3291 см–1 (2)) по сравнению со спектром L и становятся более четкими, что, вероятно, связано с ослаблением водородных связей при комплексообразовании. В области 3200–2800 см–1 наблюдаются полосы ν(CH) и ν(CH3), а в диапазоне 2480–2430 см–1 – полосы валентных колебаний B–H. Число и положение полос валентных и деформационных колебаний колец в спектрах комплексов 1, 2 изменяются по сравнению со спектром L, что свидетельствует о координации атомов азота гетероциклов к железу(II). Это подтверждается и данными спектров 1, 2 в дальней области, где проявляются валентные колебания металл–лиганд. Здесь обнаруживаются отсутствующие в спектре лиганда полосы при 294 и 295 см–1, которые принадлежат валентным колебаниям Fe–N (табл. 3).

Таблица 3.

Основные колебательные частоты (см–1) в спектрах L и комплексов

Соединение Отнесение
L [FeL2]B10H10 · ⋅ 2H2O [FeL2]B12H12 · ⋅ H2O
  3515 3599
3568
3542
ν(H2O)
3455
3215
3250 3291 ν(N–H)
3172
3107
3040
2955 3098
3066
ν(C–H)
2919
2862
2924
2857
2922
2855
ν(CH3)
  2470 2480
2464
2431
ν(B–H)
1589
1567
1523
1598
1583
1528
1603
1587
1536
1526
Rкольца
  294 295 ν(M–N)

В СДО комплексов 1 · 2H2O и 2 · H2O присутствуют полосы поглощения, которые относятся к переходам 1А11Т2 и 1А11Т1 в сильном октаэдрическом поле лигандов. В спектрах обоих комплексов отсутствует полоса 5Т25Е, относящаяся к высокоспиновому состоянию железа(II). Вследствие этого расчет параметров расщепления мы проводили по разности частот поглощения 1А1 → → 1Т2 и 1А11Т1 [43]. Значения В рассчитывали по формуле: 16B = [ν(1А11Т2) – ν(1А11Т1)]. Для вычисления значений C и ΔНС, приведенных в табл. 4, использовали следующие приближения: νНС = ΔНС – C + 86B2НС; С = 4.41В [44, 45]. Полученные данные близки к рассчитанным значениям ΔНС для полученных нами ранее низкоспиновых комплексов железа(II) с 2,6-бис(бензимидазол-2-ил)пиридином и рядом внешнесферных анионов [25, 26]. Это свидетельствует о том, что 2,6-бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридин является лигандом сильного поля. Рассчитанные величины параметров расщепления соответствуют неравенству, которое является условием проявления спин-кроссовера [44]: 19 000 ≤ ΔНС ≤ ≤ 22 000 см–1.

Таблица 4.

Параметры спектров диффузного отражения комплексов и значения B, C, ΔНС

Комплекс λ(1А11Т2) λ(1А11Т1) ν(1А11Т2) –
ν(1А11Т1)
B C ΔНС
[FeL2]B10H10 · 2H2O 405 519 5423 161.8 713.5 1.92 × 104
[FeL2]B12H12 · H2O 450 524 3138 155.6 686.2 1.92 × 104

Мессбауэровские спектры обоих комплексов представляют собой квадрупольные дублеты (рис. 6, табл. 5), параметры которых соответствуют НС-состоянию железа.

Рис. 6.

Мессбауэровские спектры комплексов [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O (1) и [FeL2]B12H12 ⋅ H2O (2).

Таблица 5.  

Параметры мессбауэровских спектров комплексов

Соединение δ, мм/с ε, мм/с Γ, мм/с
[FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O 0.296 0.49 0.27
[FeL2]B12H12 ⋅ H2O 0.311 0.55 0.25

При сравнении параметров низкоспиновых дублетов с аналогичными параметрами соединений Fe(II) с 2,6-бис(бензимидазол-2-ил)пиридином, которые были изучены нами ранее [26], следует отметить увеличение и химических сдвигов, и величин квадрупольных расщеплений. Можно предположить, что увеличение химических сдвигов связано с увеличением плотности 3d-электронов железа из-за большей электронной плотности на атомах азота, координирующихся к Fe(II), в случае комплексов с 2,6-бис(4,5-диметил-1H-имидазол-2-ил)пиридином. Увеличение значений квадрупольных расщеплений, по-видимому, обусловлено увеличением градиента электрического поля на ядрах железа из-за уменьшения расстояния от внешнесферных анионов до железа(II), связанного с уменьшением размера лиганда.

Температурные зависимости χT исследуемых комплексов и их дегидратированных аналогов представлены на рис. 7, 8. Спин-кроссовер наблюдается как для синтезированной фазы комплекса [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O, так и для его дегидрата. Величина χT [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O в эмпирически подобранном температурном диапазоне стабильности комплекса достигает значения ~1.53 K см3/моль. Комплекс полностью не переходит в высокоспиновое состояние (χTтеор = 3 K см3/моль) при нагреве до 520 K. Кристаллизационная вода существенно не сказывается на достигаемых в рассматриваемом температурном диапазоне величинах χT. Вместе с тем остаточная величина χT в низкоспиновом состоянии для дегидратированного комплекса увеличивается до 0.21 K см3/моль по сравнению с 0.1 K см3/моль для исходного [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O. Остаточное значение χT ≠ 0 может быть обусловлено наличием температурно-независимого парамагнетизма либо частичным “размораживанием” орбитального момента. Несмотря на неполный спин-кроссовер, в изученном температурном диапазоне выполняется условие d2эф(T))/dT2 = 0, что позволяет определить температуры переходов (рис. 7в, 7г). Температуры прямого (Тс↑) и обратного (Тс↓) переходов для [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O представлены в табл. 6. Видно, что температуры перехода при дегидратации несколько снижаются, в то время как гистерезис существенно не изменяется. Таким образом, дегидратация комплекса [FeL2]B10H10 ⋅ ⋅ 2H2O наиболее существенно сказывается на температуре прямого и обратного переходов.

Рис. 7.

Температурные зависимости χT(T) (а, б) и d2эф(T))/dT2 (в, г) для комплексов [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O (а, в) и [FeL2]B10H10 (б, г).

Рис. 8.

Температурные зависимости χT (T) (а, б) и d2эф(T))/dT2 (в, г) для комплексов [FeL2]B12H12 ⋅ H2O (а, в) и [FeL2]B12H12 (б, г).

Таблица 6.

Характеристики спин-кроссовера в исследуемых комплексах

Соединение Tc↑, K Tc↓, K ΔTc, K
[FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O 505 492 13
[FeL2]B10H10 502 488 14
[FeL2]B12H12 ⋅ H2O 395 387  8
[FeL2]B12H12 325 325 0 

В отличие от предыдущих комплексов, для [FeL2]B12H12 ⋅ H2O и [FeL2]B12H12 наблюдается полный спин-кроссовер (рис. 8). Следует отметить, что по сравнению с предыдущей парой комплексов наблюдаемые температуры прямого СКО (Tc↑) ниже на 110–177 K (табл. 6). Величина χT для данных комплексов в высокоспиновом состоянии составляет 2.88 K см3/моль, что близко к теоретическому значению 3.0 K см3/моль для Fe(II) в высокоспиновом состоянии и согласуется с экспериментальными величинами 2.76–3.92 K см3/моль для комплексов переходных металлов с конфигурацией 3d6 [46]. В низкоспиновом состоянии величина остаточного магнитного момента составляет 0.03 K см3/моль для [FeL2]B12H12 ⋅ H2O и 0.18 K см3/моль для [FeL2]B12H12. Таким образом, наличие кристаллизационной воды, как и в случае [FeL2]B10H10 ⋅ ⋅ 2H2O и [FeL2]B10H10, обусловливает более низкие величины остаточного магнитного момента. Для комплекса [FeL2]B12H12 ⋅ H2O на кривой зависимости χT(Т) можно отметить наличие гистерезиса (8°, табл. 6). При переходе к дегидратированному комплексу [FeL2]B12H12 наблюдается снижение температуры перехода, а гистерезис на кривой отсутствует. Таким образом, кристаллизационная вода для [FeL2]B12H12 ⋅ H2O и [FeL2]B12H12 оказывает более существенное влияние на параметры спин-кроссовера, чем в случае предыдущей пары комплексов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Синтезированы новые комплексы клозо-боратов железа(II) c 2,6-бис(4,5-диметил-1Н-имидазол-2-ил)пиридином состава [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O и [FeL2]B12H12 ⋅ H2O. Показано, что и исходные соединения, и их дегидратированные аналоги обладают термоиндуцированным спин-кроссовером 1А15Т2. Следует отметить, что замена аниона ${{{\text{B}}}_{{{\text{10}}}}}{\text{H}}_{{10}}^{{2 - }}$ на ${{{\text{B}}}_{{{\text{12}}}}}{\text{H}}_{{12}}^{{2 - }}$ в составе дегидратированных комплексов приводит к изменению значения температуры прямого СКО (Tc↑) на 177 K. Сравнение выполнено для дегидратов комплексов с целью исключения влияния сольватных молекул воды. Кроме того, отметим общую тенденцию к снижению температур прямого и обратного переходов и увеличению остаточного магнитного момента при удалении кристаллизационной воды для комплексов [FeL2]B10H10 ⋅ 2H2O и [FeL2]B12H12 ⋅ H2O.

Список литературы

  1. Spin Crossover in Transition Metal Compounds I–III / Eds. Gutlich P., Goodwin H. Springer, 2004. P. 233.

  2. Halcrow M.A. Spin-Crossover Materials Properties and Applications / Wiley&Sons, 2013. 562 p.

  3. Kahn O., Krober J., Jay C. // Adv. Mater.1992. V. 4. P. 718. https://doi.org/10.1002/adma.19920041103

  4. Shakirova O.G., Lavrenova L.G. // Crystals. 2020. V. 10. P. 843. https://doi.org/10.3390/cryst10090843

  5. Shatruk M., Phan H., Chrisostomo B.A., Suleimenova A. // Coord. Chem. Rev. 2015. V. 289. P. 62. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2014.09.018

  6. Feltham H.L.C., Barltrop A.S., Brooker S. // Coord. Chem. Rev. 2017. V. 344. P. 26. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2016.10.006

  7. Scott H.S., Staniland R.W., Kruger P.E. // Coord. Chem. Rev. 2018. V. 362. P. 24. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2018.02.001

  8. Melnikova E.K., Aleshin D.Yu., Nikovskiy I.A. et al. // Crystals. 2020. V. 10. № 9. P. 793. https://doi.org/10.3390/cryst10090793

  9. Lavrenova L.G. // Russ. Chem. Bull. Int. Ed. 2018. V. 67. № 7. P. 1142. https://doi.org/10.1007/s11172-018-2195-3

  10. Gamez P., Costa J.S., Quesada M., Aromi G. // Dalton Trans. 2009. P. 7845. https://doi.org/10.1039/B908208E

  11. Hayami S., Holmes S.M., Halcrow M.A. // J. Mater. Chem. C. 2015. V. 3. P. 7775. https://doi.org/10.1039/C5TC90128F

  12. Matsuda M., Isozaki H., Tajima H. // Chem. Lett. 2008. V. 37. № 3. P. 374. https://doi.org/10.1246/cl.2008.374

  13. Muller R.N., Elst V., Laurent S. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. P. 8405. https://doi.org/10.1021/ja0349599

  14. Letard J.-F., Daro N., Aymonier C. et al. EP Pat. 2391631, 2011.

  15. Bousseksou A., Vieu C., Letard J.-F. et al. EU Pat. 1430552, 2004.

  16. Lavrenova L.G., Larionov S.V. // Russ. J. Coord. Chem. 1998. V. 24. № 6. P. 379.

  17. Lavrenova L.G., Shakirova O.G. // Eur. J. Inorg. Chem. 2013. P. 670. https://doi.org/10.1002/ejic.201200980

  18. Lavrenova L.G., Shakirova O.G., Ikorskii V.N. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2003. V. 29. № 1. C. 22. https://doi.org/10.1023/A:1021834715674

  19. Лавренова Л.Г., Икорский В.Н., Варнек В.А. и др. // Коорд. химия. 1990. Т. 16. № 5. С. 654.

  20. Piedrahita-Bello M., Angulo-Cervera J.E., Courson R. et al. // J. Mater. Chem C. 2020. V. 8. P. 6001. https://doi.org/10.1039/D0TC01532F

  21. Nguyen T.D., Veauthier J.M., Angles-Tamayo G.F. et al. // JACS. 2020. V. 142. P. 4842. https://doi.org/10.1021/jacs.9b13835

  22. Boča M., Jameson R.F., Linert W. // Coord. Chem. Rev. 2011. V. 255. P. 290. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2010.09.010

  23. Boča R., Baran P., Boča M. et al. // Inorg. Chim. Acta. 1998. V. 278. P. 190. https://doi.org/10.1016/S0020-1693(98)00023-1

  24. Lavrenova L.G., Dyukova I.I., Korotaev E.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. T. 65. № 1. C. 30. https://doi.org/10.1134/S0036023620010106

  25. Ivanova A.D., Korotaev E.V., Komarov V.Yu. et al. // New J. Chem. 2020. V. 44. P. 5834. https://doi.org/10.1039/D0NJ00474J

  26. Ivanova A.D., Lavrenova L.G., Korotaev E.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 11. P. 1687. https://doi.org/10.1134/S0036023620110078

  27. Cook L.J.K., Mohammed R., Sherborne G. et al. // Coord. Chem. Rev. 2015. V. 289. P. 2. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2014.08.006

  28. Pavlov A.A., Aleshin D.Yu., Nikolskiy I.A. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2019. № 23. P. 2819. https://doi.org/10.1002/ejic.201900432

  29. García-López V., Palacios-Corella M., Gironés-Pérez V. et al. // Inorg. Chem. 2019. V. 58. P. 12199. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b01526

  30. Ivanova A.D., Korotaev E.V., Komarov V.Yu. et al. // Inorg. Chim. Acta. 2022. V. 532. P. 120746. https://doi.org/10.1016/j.ica.2021.120746

  31. Сиваев И.Б., Брегадзе В.И., Кузнецов Н.Т. // Изв. Академии наук. Сер. хим. 2002. № 8. С. 1256.

  32. Hawthorne M.F. // Molecular Medicine Today. 1998. V. 4. № 4. P. 174. https://doi.org/10.1016/S1357-4310(98)01226-X

  33. Zhu Y., Lin Y., Zhu Y.Z. et al. // J. Nanomaterials. 2010. V. 2010. Art. 409320. https://doi.org/10.1155/2010/409320

  34. Спрышкова Р.А. Биологические основы нейтронно-захватной терапии на Боре-10: Экспериментальное исследование. Дис. … д-ра биол. наук. М., 1999.

  35. Hawthorne M.F. // Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 1993. V. 32. P. 950. https://doi.org/10.1002/anie.199309501

  36. Bushuev M.B., Lavrenova L.G., Shvedenkov Yu.G. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2008. V. 34. № 3. P. 190. https://doi.org/10.1134/S107032840803007X

  37. Shakirova O.G., Daletskii V.A., Lavrenova L.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2013. V. 58. № 6. P. 650. https://doi.org/10.1134/S0036023613060211

  38. Miller H.C., Muetterties E.L. // Inorg. Synth. 1967. V. 10. P. 81.

  39. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyakov A.V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.005

  40. Klementiev K.V. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. P. 209. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/2/309

  41. Binsted N., Campbell J.W., Gurman S.J., Stephenson P.C. SERC Daresbury Laboratory Report, 1991.

  42. Vlasenko V.G., Kubrin S.P., Garnovskii D.A. et al. // Chem. Phys. Lett. 2020. V. 739. P. 136970. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.136970

  43. Ливер Э. Электронная спектроскопия неорганических соединений. М.: Мир, 1987.

  44. Hauser A. // Top Curr. Chem. 2004. V. 233. P. 49. https://doi.org/10.1007/b13528

  45. Sugano S., Tanabe Y., Kamimura H. Multiplets of transition – metal ions in crystals. N.Y.–London: Academic Press Pure and Applied Physics, 1970. 331 p.

  46. Rakitin Yu.V., Kalinnikov V.T. Modern magnetochemistry. St. Petersburg: Nauka, 1994.

Дополнительные материалы отсутствуют.