Хлорид рутения (III) - Ruthenium(III) chloride

Хлорид рутения (III)

Идентификаторы
Количество CAS	10049-08-8 Y 13815-94-6 (тригидрат) Y 14898-67-0 (Икс-гидрат) Y
3D модель (JSmol )	Интерактивное изображение
ChemSpider	74294 Y
ECHA InfoCard	100.030.139
PubChem CID	82323
Номер RTECS	VM2650000
UNII	RY8V1UJV23 N
Панель управления CompTox (EPA)	DTXSID00275675
ИнЧИ InChI = 1S / 3ClH.Ru / h3 * 1H; / q ;;; + 3 / p-3 Y Ключ: YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K Y InChI = 1 / 3ClH.Ru / h3 * 1H; / q ;;; + 3 / p-3 Ключ: YBCAZPLXEGKKFM-DFZHHIFOAX
Улыбки [Cl -]. [Cl -]. [Cl -]. [Ru + 3]
Характеристики
Химическая формула	RuCl3·ИксЧАС2О
Молярная масса	207,43 г / моль
Температура плавления	> 500 ° C (932 ° F, 773 K) (разлагается)
Растворимость в воде	Растворимый
Магнитная восприимчивость (χ)	+1998.0·10^−6 см^3/ моль
Структура
Кристальная структура	тригональный (RuCl3), hP8
Космическая группа	P3c1, № 158
Координационная геометрия	восьмигранный
Опасности
точка возгорания	Негорючий
Родственные соединения
Другой анионы	Бромид рутения (III)
Другой катионы	Хлорид родия (III) Хлорид железа (III)
Родственные соединения	Четырехокись рутения
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
N проверять (что YN ?)
Ссылки на инфобоксы

Хлорид рутения (III) это химическое соединение с формулой RuCl₃. «Хлорид рутения (III)» чаще относится к гидрату RuCl.₃·ИксЧАС₂О. И безводные, и гидратированные частицы представляют собой твердые вещества темно-коричневого или черного цвета. Гидрат с различной долей кристаллизационная вода, часто приближающийся к тригидрату, является обычно используемым исходным материалом в рутений химия. Это соединение также широко рассматривается как главный кандидат для реализации состояния квантовой спиновой жидкости Китаева с фермионными возбуждениями Майорана.

Подготовка и свойства

Безводный хлорид рутения (III) обычно получают нагреванием порошкового металлического рутения с хлор. В исходном синтезе хлорирование проводили в присутствии монооксид углерода, продукт переносится потоком газа и кристаллизируется при охлаждении.^[1] Два аллотропа RuCl₃ известны. Черная α-форма принимает CrCl₃-тип структура с длинными контактами Ru-Ru из 346 вечера. Этот аллотроп имеет сотовые слои Ru³⁺ которые окружены октаэдрической клеткой из Cl⁻ анионы. Катионы рутения являются магнитными и находятся в низкоспиновом основном состоянии J ~ 1/2 с чистым угловым моментом L = 1.^[2][3] Слои α-RuCl₃ уложены друг на друга слабыми Ван-дер-Ваальс силы. Их можно разрезать на однослойный скотч.^[4] α-RuCl₃ попал в центр внимания после того, как был предложен в качестве главного кандидата на Китаев квантовая спиновая жидкость государственный^[5] когда рассеяние нейтронов обнаружил необычный магнитный спектр,^[6][7][8] и теплоперенос показал хиральный Майорана Фермион под воздействием магнитного поля.^[9] Темно-коричневый метастабильный β-форма кристаллизуется в гексагональной ячейке; эта форма состоит из бесконечных цепочек октаэдров с общими гранями с контактами Ru-Ru 283 пм, аналогичными структуре трихлорид циркония. Β-форма необратимо превращается в α-форму при 450–600 ° C. Β-форма диамагнитна, а α-RuCl₃ парамагнитен при комнатной температуре.^[10]

RuCl₃ пар разлагается на элементы при высоких температурах; то изменение энтальпии при 750 ° С (1020 К), Δ_диссЧАС₁₀₂₀ было оценено как +240 кДж / моль.

Координационная химия гидратированного трихлорида рутения

Как наиболее доступное соединение рутения, RuCl₃·ИксЧАС₂О является предшественником многих сотен химических соединений. Примечательным свойством комплексов рутения, хлоридов и прочего является наличие более чем одной степени окисления, некоторые из которых являются кинетически инертными. Все переходные металлы второго и третьего ряда образуют исключительно низкоспиновые комплексы, тогда как рутений отличается стабильностью соседних степеней окисления, особенно Ru (II), Ru (III) (как в исходном RuCl₃·ИксЧАС₂O) и Ru (IV).

Иллюстративные комплексы, полученные из «трихлорида рутения»

• RuCl₂(PPh₃)₃, бензолорастворимое вещество шоколадного цвета, которое, в свою очередь, также является универсальным исходным материалом. Возникает примерно так:^[11]

2RuCl₃·ИксЧАС₂O + 7 PPh₃ → 2 RuCl₂(PPh₃)₃ + OPPh₃ + 5 часов₂O + 2 HCl

• [RuCl₂(C₆ЧАС₆ )]₂ возникает из 1,3-циклогексадиен или же 1,4-циклогексадиен следующее:^[12]

2 RuCl₃·ИксЧАС₂O + 2 С₆ЧАС₈ → [RuCl₂(C₆ЧАС₆)]₂ + 6 часов₂O + 2 HCl + H₂

Бензольный лиганд можно обменять на другие арены, такие как гексаметилбензол.^[13]

• Ру (бипы)₃Cl₂, интенсивно люминесцентная соль с долгоживущим возбужденным состоянием, возникающая следующим образом:^[14]

RuCl₃·ИксЧАС₂O + 3 двуногий + 0,5 CH₃CH₂ОН → [Ru (bipy)₃] Cl₂ + 3 часа₂O + 0,5 CH₃CHO + HCl

Эта реакция протекает через промежуточное соединение цис-ру (bipy)₂Cl₂.^[14]

• [RuCl₂(C₅Мне₅ )]₂, возникающие следующим образом:^[15]

2 RuCl₃·ИксЧАС₂O + 2 С₅Мне₅H → [RuCl₂(C₅Мне₅)]₂ + 6 часов₂O + 2 HCl

[RuCl₂(C₅Мне₅)]₂ может быть далее восстановлен до [RuCl (C₅Мне₅)]₄.

• RU(C₅ЧАС₇О₂ )₃ возникает следующим образом:^[16] RuCl₃·ИксЧАС₂O + 3 C₅ЧАС₈О₂ → Ru (C₅ЧАС₇О₂)₃ + 3 часа₂O + 3 HCl
• RuO₄, производится окислением.

Некоторые из этих соединений были использованы в исследованиях, связанных с двумя Нобелевские премии. Нойори был удостоен Нобелевской премии по химии в 2001 г. за развитие практических асимметричное гидрирование катализаторы на основе рутения. Роберт Х. Граббс был удостоен Нобелевской премии по химии в 2005 г. за развитие практических метатезис алкенов катализаторы на основе рутения алкилиден производные.

Производные окиси углерода

RuCl₃(ЧАС₂O)_Икс реагирует с оксидом углерода в мягких условиях.^[17] В отличие, хлориды железа не реагируют с CO. CO восстанавливает красно-коричневый трихлорид до желтоватых форм Ru (II). В частности, экспонирование этиловый спирт раствор RuCl₃(ЧАС₂O)_Икс до 1 атм CO дает, в зависимости от конкретных условий, [Ru₂Cl₄(CO)₄], [RU₂Cl₄(CO)₄]²⁻, и [RuCl₃(CO)₃]⁻. Добавление лигандов (L) к таким растворам дает соединения Ru-Cl-CO-L (L = PR₃). Восстановление этих карбонилированных растворов Zn дает оранжевый треугольный кластер [Ru₃(CO)₁₂].

3 RuCl₃·ИксЧАС₂O + 4,5 Zn + 12 CO (высокое давление) → RU₃(CO)₁₂ + 3Икс ЧАС₂O + 4,5 ZnCl₂

Источники

• Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie

Рекомендации

1. Реми, H .; Кюн, М. (1924). "Beiträge zur Chemie der Platinmetalle. V. Thermischer Abbau des Ruthentrichlorids und des Ruthendioxyds". Z. Anorg. Allg. Chem. 137 (1): 365–388. Дои:10.1002 / zaac.19241370127.
2. FLETCHER, J.M .; GARDNER, W. E .; HOOPER, E.W .; HYDE, K. R .; Мур, Ф. Н .; ВУДХИД, Дж. Л. (сентябрь 1963 г.). «Безводные хлориды рутения». Природа. 199 (4898): 1089–1090. Bibcode:1963Натура.199.1089F. Дои:10.1038 / 1991089a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4179795.
3. Plumb, K. W .; Clancy, J.P .; Sandilands, L.J .; Шанкар, В. Виджай; Hu, Y. F .; Burch, K. S .; Ки, Хэ Ён; Ким, Янг-Джун (2014-07-29). «α-RuCl3: спин-орбитальный изолятор Мотта на сотовой решетке». Физический обзор B. 90 (4): 041112. arXiv:1403.0883. Bibcode:2014PhRvB..90d1112P. Дои:10.1103 / Physrevb.90.041112. ISSN  1098-0121. S2CID  29688091.
4. Чжоу, Бойи; Ван, Ипин; Osterhoudt, Gavin B .; Лэмпен-Келли, Паула; Мандрус, Дэвид; Он, Руи; Burch, Kenneth S .; Хенриксен, Эрик А. (2019). «Возможные структурные преобразования и усиленные магнитные флуктуации в расслоенном α -RuCl 3». Журнал физики и химии твердого тела. 128: 291–295. arXiv:1709.00431. Дои:10.1016 / j.jpcs.2018.01.026. ISSN  0022-3697. S2CID  103743571.
5. Banerjee, A .; Bridges, C. A .; Yan, J.-Q .; Aczel, A. A .; Li, L .; Stone, M. B .; Granroth, G.E .; Lumsden, M.D .; Ю, Ю. (2016-04-04). «Поведение приближенной квантовой спиновой жидкости Китаева в сотовом магните». Материалы Природы. 15 (7): 733–740. arXiv:1504.08037. Bibcode:2016НатМа..15..733Б. Дои:10.1038 / nmat4604. ISSN  1476-1122. PMID  27043779. S2CID  3406627.
6. Банерджи, Арнаб; Ян, Цзяцян; Нолле, Йоханнес; Бриджес, Крейг А .; Стоун, Мэтью Б.; Lumsden, Mark D .; Мандрус, Дэвид Дж .; Теннант, Дэвид А .; Месснер, Родерих (2017-06-09). «Рассеяние нейтронов в ближайшей квантовой спиновой жидкости α-RuCl 3». Наука. 356 (6342): 1055–1059. arXiv:1609.00103. Дои:10.1126 / science.aah6015. ISSN  0036-8075. PMID  28596361. S2CID  206652434.
7. До, Сын-Хван; Парк, Санг-Юн; Ёситаке, Джунки; Насу, Джоджи; Мотомэ, Юкитоши; Квон, Ён Сын; Adroja, D. T .; Voneshen, D. J .; Ким, Киу (2017-09-18). «Майорановские фермионы в квантовой спиновой системе Китаева α-RuCl3». Природа Физика. 13 (11): 1079–1084. Bibcode:2017НатФ..13.1079D. Дои:10.1038 / nphys4264. ISSN  1745-2473.
8. Банерджи, Арнаб; Лэмпен-Келли, Паула; Нолле, Йоханнес; Бальц, Кристиан; Aczel, Адам Энтони; Винн, Барри; Лю, Яохуа; Pajerowski, Daniel; Ян, Цзяцян; Бриджес, Крейг А .; Савич, Андрей Т .; Chakoumakos, Bryan C .; Lumsden, Mark D .; Теннант, Дэвид Алан; Месснер, Родерих; Мандрус, Дэвид Дж .; Наглер, Стивен Э. (20 февраля 2018 г.). «Возбуждения в индуцированном полем состоянии квантовой спиновой жидкости α-RuCl 3». Квантовые материалы NPJ. 3 (1): 8. arXiv:1706.07003. Дои:10.1038 / s41535-018-0079-2. ISSN  2397-4648. S2CID  55484993.
9. Kasahara, Y .; Охниши, Т .; Mizukami, Y .; Tanaka, O .; Ма, Сиксиао; Sugii, K .; Курита, Н .; Tanaka, H .; Насу, Дж. (Июль 2018 г.). «Квантование Майорана и полуцелый тепловой квантовый эффект Холла в спиновой жидкости Китаева». Природа. 559 (7713): 227–231. arXiv:1805.05022. Bibcode:2018Натура.559..227K. Дои:10.1038 / s41586-018-0274-0. ISSN  0028-0836. PMID  29995863. S2CID  49664700.
10. Fletcher, J.M .; Gardner, W. E .; Fox, A. C .; Топпинг, Г. (1967). «Рентгеновские, инфракрасные и магнитные исследования трихлорида α- и β-рутения». Журнал химического общества A: неорганический, физический, теоретический: 1038–1045. Дои:10.1039 / J19670001038.
11. П. С. Холлман, Т. А. Стефенсон, Г. Уилкинсон "Тетракис (трифенилфосфин) дихлор-рутений (II) и трис (трифенилфосфин) -дихлоррутений (II)" неорганические синтезы, 1970 том 12,. Дои:10.1002 / 9780470132432.ch40
12. Bennett, Martin A .; Смит, Энтони К. (1974-01-01). «Комплексы арена рутения (II), образованные дегидрированием циклогексадиенов с трихлоридом рутения (III)». Журнал химического общества, Dalton Transactions (2): 233. Дои:10.1039 / dt9740000233. ISSN  1364-5447.
13. Bennett, M.A .; Huang, T. N .; Матесон, Т. В. и Смит, А. К. (1982). (η⁶-Гексаметилбензол) комплексы рутения. Неорг. Synth. Неорганические синтезы. 21. С. 74–8. Дои:10.1002 / 9780470132524.ch16. ISBN  978-0-470-13252-4.
14. Broomhead, J. A .; Янг, К. Г. (1990). Трис (2,2'-бипиридин) гексагидрат дихлорида рутения (II). Неорганические синтезы. 28. С. 338–340. Дои:10.1002 / 9780470132593.ch86. ISBN  9780470132593.
15. Кёлле, Урих; Косаковский, Януш (1992). «Ди-μ-хлор-бис [(η5-пентаметилциклопентадиенил) хлорорутений (III)], [Cp * RuCl2] 2 и ди-μ-метоксо-бис (η5-пентаметилциклопентадиенил) дирутений (II), [Cp * RuOMe] 2 ". Ди-μ-хлор-бис [(η5-пентаметилциклопентадиенил) хлоррутений (III)], [Cp * RuCl₂]₂ и ди-μ-метоксо-бис (η5-пентаметилциклопентадиенил) дирутений (II), [Cp * RuOMe]₂. Неорганические синтезы. 29. С. 225–228. Дои:10.1002 / 9780470132609.ch52. ISBN  9780470132609.
16. Гупта, А. (2000). «Улучшенный синтез и реакционная способность трис (ацетилацетонато) рутения (III)». Индийский химический журнал, раздел A. 39А (4): 457. ISSN  0376-4710.
17. Хилл, А. Ф. (2000). ""Простые "Карбонилы рутения рутения: новые пути от реакции основания Хибера". Энгью. Chem. Int. Эд. 39 (1): 130–134. Дои:10.1002 / (SICI) 1521-3773 (20000103) 39: 1 <130 :: AID-ANIE130> 3.0.CO; 2-6. PMID  10649352.

дальнейшее чтение

• Карлсен, П. Х. Дж .; Мартин, Виктор С .; и другие. (1981). «Существенно усовершенствованная методика окисления органических соединений, катализируемого тетроксидом рутения». J. Org. Chem. 46 (19): 3936. Дои:10.1021 / jo00332a045.
• Гор, Э. С. (1983). Платин. Встретились. Ред. 27: 111. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
• Коттон, С. А. «Химия драгоценных металлов», Чепмен и Холл (Лондон): 1997. ISBN  0-7514-0413-6
• Икария, Т .; Мурата, К .; Нойори, Р. «Молекулярные катализаторы на основе бифункциональных переходных металлов для асимметричного синтеза» Органическая биомолекулярная химия, 2006, том 4, 393–406.