Iwona KIERSZTYN1, Anita SI AK1, Pawe PISZCZ1, Anna LAMERT1, Krzysztof KURZAK1, Mariusz S. KUBIAK2, Bronis aw K. G ÓD1 1
Zak ad Chemii Analitycznej, Instytut Chemii, Akademia Podlaska, ul. 3 Maja 54, 08-110 Siedlce
e-mail: bkg@onet.eu; URL: http://dach.ich.ap.siedlce.pl 2
Katedra Procesów i Urz dze Przemys u Spo ywczego, Wydzia Mechaniczny, Politechnika Koszali ska, Koszalin
ZASTOSOWANIE RP-HPLC Z DETEKCJ
ELEKTROCHEMICZN DO ANALIZY KOMPLEKSÓW
NIKLU Z ZASADAMI SCHIFFA
Kompleksy metali z zasadami Schiffa znane s od ko ca XIX wieku. Zwi zki te wzbudzaj zainteresowanie ze wzgl du na obecno ugrupowania iminowego RCH=NR w chemii koordynacyjnej oraz w badaniach procesów metabolicznych za-chodz cych w organizmach ywych. Zasady Schiffa tworz z metalami grup przej-ciowych kompleksy o ró nej strukturze, stabilizuj c ró ne stopnie utleniania tych e metali.
W pracy przedyskutowano rozdzia kompleksów niklu (II) z pi cioma liganda-mi, zasadami Schiffa. Zosta y one rozdzielone w uk adzie faz odwróconych. Z danych literaturowych wiadomo, e zarówno jon centralny jak i ligandy badanych komplek-sów ulegaj reakcj utleniania i redukcji. Okaza o si jednak e, e w niektórych przypadkach detektor elektrochemiczny charakteryzowa si du niepewno ci po-miaru i/lub ma czu o ci . Elektrochemiczne w asno ci kompleksów zbadano za pomoc woltamperometrii cyklicznej. Okaza o si , e niektóre z nich adsorbowa y si na elektrodzie i/lub tworzy y przewodz ce polimery na powierzchni elektrody, w roz-puszczalnikach o niskiej liczbie donorowej.
WPROWADZENIE
Kompleksy metali z zasadami Schiffa znane s od ponad 100 lat. Przedmiotem bada niniejszej pracy s kompleksy niklu (II) z czterodonoro-wymi zasadami Schiffa, pochodnymi acetyloacetonu, aldehydu naftalowego i aldehydu salicylowego (rys. 1) [1-6]. Zarówno jon centralny jak i ligandy ulegaj reakcj utleniania, jak równie redukcji [7]. W pracy pokazano mo -liwo analizy kompleksów rozdzielonych w uk adzie faz odwróconych. Do monitorowania zwi zków zastosowano detektor amperometryczny.
CZ EKSPERYMENTALNA Aparatura
Pomiary chromatograficzne przeprowadzono na zestawie HPLC z dwoma detektorami, fotometrycznym i elektrochemicznym. W jego sk ad (Knauer, Berlin, Niemcy) wchodzi system naboru danych (Interface Box), czterokana owy odgazowywacz K-5004, podstawka na zbiorniki eluentu K-1500, mieszad o eluentu (Dynamic Mixing Chamber), gradientowa pompa HPLC K-1001, detektor spektrofotometryczny (DAD) K-2600, detektor ampe-rometryczny (Recipe, Berlin, Niemcy) ClinLab EC 3000, oprogramowanie ClarityChrom, autosampler Basic+ marathon (Spark Holland, Emmen, Holandia), termostat powietrzny (Industrial Electronics, Langenzersdorf, Austria) oraz kolumna Kromasil 100 RP-18 5 m, 250x4 mm I.D. (Besta- -Technik, Wilhelmsfeld, Niemcy).
W a ciwo ci elektrochemiczne kompleksów zbadano u ywaj c tencjostatu Autolab PGSTAT 20 (ECO Chemie, Utrecht, Holandia). Pt o po-wierzchni 0,0314 cm2 u yto jako elektrody pracuj cej, drut platynowy stano-wi elektrod pomocnicz . Potencja y mierzono wzgl dem elektrody Ag/AgCl (1 mol dm-3 KCl).
Odczynniki
W badaniach stosowano odczynniki metanol HPLC grade, acetoni-tryl, DMSO, DMF, nadchloran czterobutyloamoniowy (TBAP) i nadchloran czteroetyloamoniowy (TEAP) pochodzi y z Sigma (St. Louis, MO, USA), ace-ton, chlorek metylenu i chloroform z Chempur (Piekary l skie, Polska). Po-zosta e odczynniki (Sigma, St. Louis, USA; Fluka, Buchs, Switzerland; i POCh, Gliwice, Poland), czyste do analizy, by y stosowane bez dalszego oczyszczania. Do przygotowywania roztworów stosowano czterokrotnie de-stylowan z kwarcu wod .
Procedury
Badane kompleksy (rys. 1) ([Ni(acacen)]·0,5 H2O - N,N`-bis(acetylo-
acetonato)-etylenodiamina nikiel (II); [Ni(Brsalen)] - N,N`-bis(5-bromo-2- -hydroksybenzylideno)-etylenodiamina niklu (II); Ni(napen)]]·0,5H2O kompleks N,N`-bis(2-hydroksynaftalideno)-etylenodiamina niklu (II); [Ni(nappn)]·0,5 H2O - N,N`-bis(2-hydroksynaftalideno)-propano-1,3-diamina niklu (II); [Ni(salpn)] N,N`-bis(2-hydroksybenzylideno)-propano-1,3-diamina niklu (II)) zosta y
otrzy-mane zgodnie z procedurami opisanymi w literaturze [8].
Do pomiarów elektrochemicznych sporz dzano roztwory o st eniu 10-3 mol/dm3. Przed ka dym pomiarem elektroda pracuj ca by a czyszczona (polerowana) na tlenku glinu o grubo ci ziaren 0,05 mm. Wszystkie pomiary by y prowadzone w rodowisku bezwodnym, w obecno ci elektrolitu pod-stawowego i w temperaturze pokojowej. Obj to badanych roztworów w naczyniu elektrolitycznym zawsze wynosi a 10 ml. Przed wykonaniem po-miarów roztwory zosta y odtlenione poprzez przepuszczenie strumienia
Ni O O N N CH2 H2C C C C C C C H3C CH3 H H H H
N,N`-bis(acetyloacetonato)-etylenodiamino nikiel(II), [Ni(acacen)]·0,5 H2O
Ni O O N N C C H H (CH 2)3
N,N`-bis(2-hydroksybenzylideno)-propano-1,3-diamino nikiel(II), [Ni(salpn)]
N i O O N C C H H N C H2 H2C
N,N`-bis(2-hydroksynaphthalideno)-etylenodiamino nikiel(II), [Ni(napen)]·0,5 H2O
N i O O N C C H H N ( C H2)3
N,N`-bis(2-hydroksynaftalideno)-propano-1,3-diamino nikiel(II), [Ni(nappn)]·0,5 H2O
N i O O N N C H2 H2C C C H H B r B r
N,N`-bis(5-bromo-2-hydroksybenzylideno)-ethylenodiamino nikiel(II), [Ni(Brsalen)]
argonu (5 minut w roztworze i 5 minut nad roztworem). Krzywe woltampero-metryczne zosta y zarejestrowane przy ró nych szybko ciach polaryzacji i w ró nych zakresach potencja u.
Wszystkie pomiary chromatograficzne by y przeprowadzane w uk a-dzie faz odwróconych przy przep ywie 1 ml/min, w temperaturze 20oC. Przed przyst pieniem do analizy chromatograficznej kolumn chromatograficzn stabilizowano w temp. 20oC w przep ywie fazy ruchomej przez 1 h. Jako faz ruchom w pomiarach chromatograficznych stosowano roztwór 0,1 M NaClO4
w metanolu lub mieszaninie metanol/woda 80/20% obj./obj. 20 l próbki by o wstrzykiwane na kolumn za pomoc autosamplera. Detektor amperome-tryczny by czyszczony elektrochemicznie poprzez potencja u z utleniaj ce-go (+0,8 V) na redukuj cy (-1,1 V) przez 2 s, a raz na tydzie rozbierany i czyszczony by past diamentow na papierze wodnym.
Statystyka
Ka dy pomiar by trójkrotnie powtarzany, a rednia z uzyskanych pomiarów stanowi a wynik ostateczny. Niepewno pomiaru wyznaczono te-stem t-Studenta zmiennych zale nych, dla poziomu ufno ci p<0,05, przy u yciu programu Microsoft® Excel 2000 (Microsoft, USA).
WYNIKI I DYSKUSJA
W celu dobrania odpowiednich parametrów detekcji elektrochemicz-nej w chromatografii przeprowadzono badania kompleksów metod woltam-perometrii cyklicznej. W a ciwo ci redukcyjne kompleksów zosta y zbadane w ró nych rozpuszczalnikach. Na rys. 2 pokazano przyk adowe cykliczne krzywe woltamperometryczne zarejestrowane dla kompleksu [Ni(salpn)] w 10 mM roztworze ACN/TBAP, z ró nymi szybko ciami polaryzacji: 0,1; 0,05; 0,02; 0,01 Vs-1. W ka dym przypadku procesowi redukcji odpowiada odwracalny proces utleniania.
Zainteresowanie wzbudzaj jednak eksperymenty prowadzone w do-datnich zakresach potencja ów ([0; 1,5 V]), podczas których na powierzchni elektrody tworzy si barwna pow oka. Rejestrowane cykliczne krzywe woltamperometryczne wiadcz o powstawaniu elektropolimeru (rys. 3). W ka -dym przypadku widoczny jest wzrost warto ci pr du oraz powierzchni piku ze wzrostem ilo ci cykli. Wskazuje to na nieodwracalny proces utleniania zachodz cy na powierzchni elektrody. Proces elektropolimeryzacji zaobser-wowano jedynie w eksperymentach prowadzonych w rozpuszczalnikach o ma ych warto ciach liczby donorowej (ACN, AC), za w DMF i DMSO po-limery nie tworzy y si .
-2,0 -1,5 -1,0 -1,2x10-5 -1,0x10-5 -8,0x10-6 -6,0x10-6 -4,0x10-6 -2,0x10-6 0,0 2,0x10-6 4,0x10-6 6,0x10-6 E[V] 100 mV s-1 50 mV s-1 20 mV s-1 10 mV s-1
Rys. 2. Krzywe woltamperometryczne (a) [Ni(salpn)] w 10 mM roztworze ACN/TBAP, zareje-strowane z ró nymi szybko ciami polaryzacji: 0,1; 0,05; 0,02; 0,01 Vs-1, zakres polaryzacji elek-trody [0; -2,0 V].
Rys. 3. Krzywe woltamperometryczne, [Ni(salpn)] w 10 mM roztworze ACN/TBAP, zakres pola-ryzacji elektrody [0; 1,5 V]
Okaza o si , e kompleksy niklu z zasadami Schiffa mog by roz-dzielane w uk adzie faz odwróconych. Ze wzgl du na to, e s to zwi zki elektroaktywne zastosowano detekcj elektrochemiczn w zakresie poten-cja ów zarówno utleniania (rys. 4) jak i redukcji (rys. 5). Z bada elektroche-micznych wynika o, e badane kompleksy s nietrwa e (ulegaj hydrolizie) w roztworach wodnych. Z kolei w rozpuszczalnikach o niskich warto ciach liczb donorowych nieodwracalnie adsorbuj si na elektrodzie b d ulegaj
0 0.3 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5 -4 -0.5x10 -4 -0.4x10 -4 -0.3x10 -4 -0.2x10 -4 -0.1x10 0 -4 0.1x10 -4 0.2x10 -4 0.3x10 -4 0.4x10 E [V]
elektropolimeryzacji. Dlatego te jako faz ruchom zastosowano czysty me-tanol (LD = 19 kcal/mol). Jako elektrod pracuj c zastosowano elektrod platynow , poniewa jest ona bardziej stabilna w roztworach niewodnych. Okaza o si , e w dodatnim (utleniaj cym) zakresie potencja ów mo na oznacza wszystkie badane kompleksy (rys. 4), w ujemnym (rys. 5) ujemny pik zaobserwowano dla acacenu, niewielkie dodatnie dla napenu i salpnu.
Rys. 4. Chromatogram kompleksów niklu z zasadami Schiffa (wymienionymi w kolejno ci poja-wiania si na chromatogramie) - salen (1), acacen (2), nappn (3), napen (4) i salpn (5). Warunki chromatograficzne: kolumna - Kromasil 100 C18, 5 m, 250 x 4.0 mm I.D.; faza ruchoma 0,1 M NaClO4 w metanol/woda 80/20 v/v.; detektor elektochemiczny, 0,8 V, (GC, vs. Ag/AgCl); szybko przep ywu 1.0 ml/min.; nastrzyk 20 l
Rys. 5. Chromatogram HPLC kompleksów niklu z zasadami Schiffa. Warunki chromatograficz-netak jak na rys. 4, z wyj tkiem potencja u elektrody pracuj cej: -0,4 V
WNIOSKI
Salenowe kompleksy niklu (II) mog by rozdzielane za pomoc wy-sokosprawnej chromatografii cieczowej w uk adzie faz odwróconych. Zwi zki mog by monitorowane za pomoc detektora amperometrycznego z platy-now elektrod pracuj c w zakresie potencja ów utleniania. Jako faz
ru-chom zastosowano metanol. W wodzie kompleksy ulega y hydrolizie, na-tomiast w rozpuszczalnikach o niskich warto ciach liczby donorowej utlenia y si tworz c elektropolimery, co zosta o potwierdzone badaniami woltame-trycznymi.
LITERATURA
1. Shirley D.A.: Chemia organiczna, WNT, Warszawa 1967. 2. Khalil M.E.: J. Coord. Chem., 54(2000)12.
3. Osman A.H.: Transit. Met. Chem., 31(2006)35. 4. Sallam S.A.: Transit. Met. Chem., 31(2006)46.
5. Cindri M., Strukan N., Vrdoljak V., Kajfe T., Kamenar B.: Croatica Chim. Acta., 76(2003)157.
6. Sousa C., Freire C., de Castro B.; Molecules, 8(2003)894.
7. Vilas-Boas M., Freire C., de Castro B., Hillman A.R.: J. Phys. Chem.
B 1998, 102, 8533-8540.
