научная статья по теме ТВЕРДОФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА С АМИНОУКСУСНОЙ КИСЛОТОЙ Химия

Текст научной статьи на тему «ТВЕРДОФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА С АМИНОУКСУСНОЙ КИСЛОТОЙ»

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОМ ХИМИИ, 2008, том 82, № 2, с. 387-389

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 541.12.03

ТВЕРДОФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА С АМИНОУКСУСНОЙ КИСЛОТОЙ

© 2008 г. А. М. Акимбаева

Институт химических наук им. А.Б. Бектурова, г. Алматы, Республика Казахстан

E-mail: amaim@yandex.ru Поступила в редакцию 23.01.2007 г.

Методом ИК-спектроскопии показано, что между основными центрами природного цеолита и карбоксильными группами аминокислоты происходит химическое взаимодействие в процессе их механохимической активации.

Необходимость информации о взаимодействии обширного класса карбоновых кислот с поверхностью твердых тел (адсорбция, катализ, синтез химически модифицированных материалов) [1-3] обусловливает перспективность дальнейшего изучения таких процессов. Один из информативных методов их исследования и индентификации состава образующихся поверхностных соединений -

R

Этот экспериментальный подход позволяет исключить из сорбционной системы растворитель и получить тем самым максимально объективную информацию о характере взаимодействия и составе образующихся продуктов.

Другой, не менее информативный прием - ме-ханохимическое взаимодействие твердых носителей с органическими соединениями. Установлено, что в процессе такой активации каолинита с твердыми органическими кислотами протекает реакция нейтрализации гидроксогрупп октаэдрическо-го слоя минерала протонами кислот с образованием прочной химической связи между твердым носителем и кислотой [5].

На поверхности слоистых силикатов и цеолитов существуют активные центры не только основного, но и кислотного характера [6, 7]. Интересным представляется твердофазное взаимодействие их с такими соединениями, как аминокислоты [5]. Существование их в сорбированном состоянии на поверхности твердых носителей должно характеризоваться более разнообразным набором поверхностных комплексов благодаря наличию двух

ИК-спектроскопия, благодаря тому, что частоты валентных колебаний \'С=О очень чувствительны к состоянию карбоксильных групп [4]. В [3] было установлено, что при сорбции паров бифункциональных а-аминокислот на дегидратированной поверхности аэросила образуются три типа сорб-ционных комплексов предположительно следующей структуры:

Н

и-м

H

функциональных групп. Для изучения строения и химии поверхности, а также для исследования теоретических и прикладных вопросов адсорбции и катализа на цеолитах используются различные методы [6]. Особое распространение получили спектральные методы, позволяющие получить ценную информацию о структуре и свойствах носителей [8, 9]. Применение цеолитов базируется на их адсорбционных, молекулярно-ситовых и ионообменных свойствах, что обусловливает возможность использования их в различных технологических процессах [10].

В этой связи исследовано взаимодействие а-аминоуксусной кислоты (а-глицин) с природным цеолитом в процессе их совместной механохимической активации.

В качестве природного алюмосиликата использовали цеолит Шанханайского месторождения (Казахстан). Предварительную активацию его проводили 10%-ным раствором HCl в течение суток для удаления неструктурных, легко отмываемых кислотой примесей. Образцы алюмосиликата высушивали при 130°С в течение 2 ч, а-

. H-O R

=Si-O'

H—O. 7nh '"H

388

АКИМБАЕВА

3600

2800

2000

1600 V, см-1

1200

800

400

ИК-спектры природного цеолита (1), активированной смеси (2) и аминоуксусной кислоты (3).

глицин использовали без дополнительной очистки. Совместную механохимическую активацию исходных соединений (содержание глицина составляло 30% от взятого количества цеолита) проводили в механической агатовой ступке в течение 30 мин. ИК-спектры поглощения порошкообразного образца, запрессованного в таблетку с оптически чистым КВг, регистрировали на спектрофотометре иЯ-20.

а-Глицин имеет слоистую кристаллическую структуру [2]. Его молекулы существуют в виде цвиттер-иона и связаны между собой относительно короткими, следовательно, сильными водородными связями К-И—О и образуют анитипа-раллельные слои:

О

//

СИ2—С / + \

о-

Спектры исследуемых образцов представлены на рисунке. Поскольку водородная связь является в карбоновых кислотах чрезвычайно сильной, то частоты валентных колебаний ОН-групп становятся характеристическими. Это поглощение проявляется в виде широкой полосы с рядом более мелких пиков в интервале 3000-2500 см-1. В спектре аминоуксусной кислоты и его активиро-

ванной смеси с цеолитом главный пик наблюдается около 3000, а побочные - соответственно при 2720, 2616 и 2700, 2600 см-1; их можно считать составными полосами, обусловленными поглощениями С-О (1420 см-1) и О-Н (1300 см-1) [11]. Полосы валентных колебаний КИ+ смещаются в низкочастотную область 3488 —► 3424 см-1. Отчетливая побочная полоса при 2175 см-1 в спектре а-глицина показывает наличие биполярной ионной структуры и в модифицированном продукте проявляется при 2170 см-1.

Поглощение при 1420-1340 см-1 обусловлено колебаниями С-О, которые тесно связаны с плоскостными деформационными колебаниями ОН-групп, и практически не меняет своего положения в спектрах исследуемых образцов. Антисимметричные валентные колебания \"С=О и V а-

глицина (1720-1540 см-1) и связи Б1-0 в цеолите (1060 см-1) в спектре конечного продукта наблюдаются в длинноволновой области (соответственно 1700-1500 и 1040 см-1). При этом поглощение при 1700-1500 см-1 может быть обусловлено также водородными связями аминоуксусной кислоты с поверхностными ОН-группами. Это обнаружено при внутри- и межмолекулярной ассоциации карбоновых кислот [3].

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 82 < 2 2008

ТВЕРДОФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА

389

Таким образом, происходит смещение частот NH+ -валентных и СОО-антисимметричных колебаний в область низких значений. Это наблюдалось при совместной механохимической активации каолинита и аминокислоты c образованием соли с анионом NH2CH2COO- [2].

Как известно [12], у всех аминокислот, которые могут содержать группу NH+, кроме поглощения ионного карбоксила (1600-1550 см1), имеются две характеристические полосы в области 16001500 см-1; первая - в интервале 1640-1610 см-1. Для исследуемой аминокислоты деформационные колебания NH+ проявляются при 1640 и 1608 см-1. Положение этих полос не изменяется в спектре модифицированного цеолита, однако происходит уширение полосы при ~1640 см-1. Она образуется в результате наложения нескольких колебаний: антисимметричных валентных групп СОО-, деформационных молекул воды и N^-групп. Вторая аминокислотная полоса (1540-1420 см-1) обычно интенсивнее первой и смещается в низкочастотную область (1500-1400 см-1) при активации цеолита аминокислотой. Аналогичные изменения наблюдались в [2], однако поглощение N^-групп в спектре активированного каолинита проявлялось только полосой в интервале 15501450 см-1 слабой интенсивности или исчезало с появлением максимума при 1640 см-1.

Серия частот с поглощением при 960-900 см-1 возникает в результате деформационных колебаний ОН-групп аминокислот. В спектре модифицированного цеолита эта полоса сужается и проявляется при 940-900 см-1.

Таким образом, в результате твердофазной реакции нейтрализации при совместной механохимической активации цеолита и аминокислоты происходит химическое взаимодействие между карбоксильными группами кислоты и основными центрами алюмосиликата, а также образование координационной связи между атомами алюминия его решетки и азота аминокислоты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Zaiku X, Qingling C, Chengfang Z. // J. Phys. Chem.

B. 2000. V. 104. № 13. P. 2853.

2. Григорьева ТФ., Ворсина И.А., Баринова А.П., Ляхов Н.З. // Неорган. матер. 1997. Т. 33. № 8.

C. 998.

3. Басюк В.А. // Жури. прикл. спектроскопии. 1994. Т. 60. № 1-2. С. 39.

4. Новиков А.Г., Постное В Н. // Журн. общ. химии. 1997. Т. 67. № 4. С. 642.

5. Григорьева Т Ф., Ворсина И.А., Баринова А.П., Болдырев В.В. // Докл. РАН. 1995. Т. 341. № 1. С. 66.

6. Акимбаева А.М, Ергожин Е.Е., Влюмих В., Дем-ко Д. // Нефтехимия. 2006. Т. 46. № 3. С. 204.

7. Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е. // Коллоидн. журн. 2007. Т. 69. № 4. C. 437.

8. Impens N.R., Vansant E.F. // Microporous and Mesopo-rous Mater. 1999. V. 28. № 2. P. 217.

9. Лыгин В.И. // Журн. физ. химии. 2006. Т. 80. № 2. С. 374.

10. Кумохин С.А. и др. // Радиохимия. 2002. Т. 44. Вып.1. С. 41.

11. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. 590 с.

12. Баличева Т.П., Лобанева С.А. Электронные и колебательные спектры неорганических и координационных соединений. Л.: Изд. ЛГУ, 1983. 117 с.

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 82 < 2 2008

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком