Способ получения кластеров полиэдрических углеводородов Советский патент 1990 года по МПК C01B31/00 

Изобретение относится к технологии углеродных соединений, а именно кластеров полиэдрических углеводородов (ПЗУ) типа симметричного икосаэдрана, и может быть использовано в органической химии.

Цель - повышение выхода и селективности кластеров полиэдрических yi- леводородов.

Процесс проводят в расплавах, содержащих 4,23% углерода и 95,77% железа (эвтектика железо - углерод) - базовом составе, 5% углерода и 95% железа и 7,5% углерода и 92,5% железа. Для приготовления расплавов

используют карбонильное железо и графит марки х.ч. Расплавление проводят в корундовых тиглях при электромагнитном перемешивании компонент расплава в атмосфере сухого аргона о Все расплавы готовят в печи с индукционным нагревом. Во всех случаях масса расплава 100 г. Импрегнирование проводят лантаноидами марки о.с.ч. Ввод лантаноидов в расплав осуществ- ляют в виде стружки. Охлаждение расплава проводят выливанием его в конусовидную стальную форму с углом ко- нуса 5-, охлаждаемую снаружи водой, Для предотвращения приваривания формы

О

и слитка металла на внутреннюю по- . верхность формы плазменным напьшением наносят окись алюминия. Остывший слиток извлекают из формы, обдувают сжатым воздухом и ньщеляют неметаллическую фазу методом анодного растворения Вьщеленную неметаллическую фазу промывают дистиллированной водой,, высу- :и1ивают при комнатной температ гре, после чего проводят экстракцию кластеров ПЗУ- кипячением в 50 мп толуола марки ч,д.а. в течение 48 ч. Толуол отгоняют под вакуумом водоструйного насоса. Сухой остаток подвергают испытаниям на элементный состав, масс- спектральиому и ИК-спектральному исследованию и хроматографированию в тонком слое по стандартным методикам. Тонкослойную хроматографию проводят на пластинках силуфол из толуольного раствораS проявитель - пары иода.. ИК-спектры снимают в прессовках КВг на спектрометре ИКС-29, масс-спектры снимают на времяпролетном масс-спектрометре с лазерным возбуждением пробы ЭМАЛ-2.

Пример. Кластеры ПЗУ с лантаном. В расплав эвтектики железо-угле- род вносят расчетное количество углерода, вьдерживают, после чего вносят расчетное количество стружки лантана и вьщерживают расплав. Затем расплав выливают в подготовленную стальную форму.

Расчетные количества углерода и лантана, вносимые в расплав, приведены в табл.1,

На фиг.1 приведена кривая выхода суммарного количества кластеров ПЗУ из расчета на лантан в зависимости от времени выдержки с графитом; на фиг.2 - то же, в зависимости от времени вьдержки с лантаном,

В табл.2 приведены данные по выходу кластеров ПЗУ с различными лантаноидами (Ct)Ln) при концентрации угле р ода в расплаве 5;00%, лантаноида 0,0687% и соотношении ,

Из полученных данных следует, что при соотношении углерод:лантан ниже 50 или выше 100 наблюдается уменьшение выхода кластеров ПЗУ,

Выдержка расплава железо-углерод более 10 мин после внесе1шя графита или мене€ . 5 мин после внесения графита (фиг.1) приводит к снижеш ю выход кластеров ПЗУ. Аналогично по достиже

0

5

5

0

5

0

5

НИИ 5 мин выдержки после внесения в расплав лантаноида выход кластеров ПЗУ практически остается неизменным, а после 10 мин выдержки начинает уменьшаться (фиг,2).

Из результатов, приведенных в табл.2, видно, что с уменьшением радиуса лантаноида наблюдается рост выхода кластеров ПЗУ, а также изменение соотношения кластеров ПЗУ с различным числом атомов углерода (табл.З).

Определение содержания каждого кластера проводят по следуюш;ей методике. Навеску кластеров растворяют в толуоле, хроматографируют на пластинках силуфол, после разделения каждый кластер вымывают из вырезанного пятна толуолом и его содержание определяют весовым методом. Состав кластеров затем поддерживают элементным анализом на углерод и лантаноид по стандартным методикам.

Из табл,3 видно, что в результате получают только четыре кластера ПЗУ с количеством атомов углерода в полиэдрическом углеводороде 60,64,66 и 70, В то время как в прототипе количество образующихся кластеров существенно больше: от до Cj.La. Таким образом, предлагаемьм метод является существенно более селективным по сравнению с известным.

Строение вьделенных кластеров ПЗУ (в виде их смесей) подтверждается интерпретацией их ИК-спектров и масс- спектров. Отнесение колебаний валентных связей СС пятичленных и шести- членных циклов углеродного каркаса ПЗУ приведено в табл.4,

Из табл.4 следует,:, что в углеродном каркасе ПЗУ содержатся как пяти- членные, так и шестичленные циклы с сопряженной (ароматической) системой связей.

Изобретение повышает выход кластеров ПЗУ состава Cg-C-j. в 20-28 раз, и селективность; в продукте присутствует 4, а не 12 кластеров ПЗУ, как в прототипе.

Формула изо б.р е т е н и я

1, Способ получения кластеров полиэдрических углеводородов СпЬп, где С - углерод, Ln - лантаноид, п - 60-70, преимущественно типа икосаэдрана, включающий взаимодействие гоафита и лантаноидсодержашего

реагента и вьщеление образовавшихся при этом кластеров, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода и селективности кластеров, графит предварительно вводят в расплав эвтектики железо - углерод и после вьщержки до однородного распреле- ления графита в расплав вводят эле- ментарньй лантаноид, процесс взаимодействия осуществляют при отношении

углерода эвтектики и графита к лантаноиду 50-100, полученный реакционный расплав после этого быстро охлаждают и все эти операции ведут к атмосфере инертного газа,

2. Способ по П.1, отличающийся тем, что вьщержку расплава эвтектики после введения графита проводят в течение 5-10 мин, Т а б л и ц а 1

Изобретение относится к технологии углеродистых соединений, а именно кластеров полиэдрических углеводородов /ПЭУ/ типа симметричного икосаэдрана и может быть использовано в органической химии. Целью изобретения является повышение выхода и селективности кластеров ПЭУ. Это обеспечивается способом получения кластеров ПЭУ формулы CNZN, где C - углерод, ZN - лантаноид, N=60-70, преимущественно типа икосаэдрама, включающим введение в расплав эвтектики железоуглерод графита и после выдержки расплава до однородного распределения графита в течение 5-10 мин введение в расплав элементарного лантаноида и взаимодействие его с графитом при отношении углерода эвтектики и графите к лантаноиду 50-100, полученный при этом реакционный расплав после этого быстро охлаждают и все эти операции ведут в атмосфере инертного газа. Изобретение повышает выход кластеров ПЭУ состава C 60-70ZN в 20-28 раз и селективность, т.к. в продукте присутствует 4, а не 12 кластеров ПЭУ, как по прототипу. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Криоскопическое определе.ние молекулярных масс показывает, что для иттрия и скандия кластеры содержат удвоенное число атомов этих элементов

Таблица2

ТаблицаЗ

20 16 /2

8

W,%

20 J6

12

1587000

5 fl ФиеЛ

Ю

12 t.MUH

JL

L

6 8 Фиг. I

Ю

7Z t,MUH