techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2024-14-1-161-174techusgu-230Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYЗакономерности ионообменной экстракции анионов 2(4)-октиламинопиридинами из водных средRegularities of Ion-Exchange Extraction of Anions 2(4)-Octylaminopyridines from Aqueous Mediahttps://orcid.org/0000-0002-5644-3367АгееваЛ. С.AgeevaL. S.

Агеева Лилия Сергеевна, кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры фундаментальной химии и химической технологии, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Liliya S. Ageeva, Candidate of Sciences (Chemistry), Senior Lecturer of the Department of Fundamental Chemistry and Chemical Technology, Senior Research of the Regional Center of Nanotechnology

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

liliya-ageeva-als@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8358-0706КувардинН. В.KuvardinN. V.

Кувардин Николай Владимирович, кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедры фундаментальной химии и химической технологии, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Nikolai V. Kuvardin, Candidate of Sciences (Chemistry), Associate Professor, Head of the Department of Fundamental Chemistry and Chemical Technology, Senior Research of the Regional Center of Nanotechnology

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

kuvardin.nik@yandex.ruШевченкоА. П.ShevchenkoA. P.

Шевченко Анна Павловна, студент кафедры фундаментальной химии и химической технологии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Anna P. Shevchenko, Student of the Department of Fundamental Chemistry and Chemical Technology

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

annasevcenko88@gmail.comЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202411042024141161174Copyright © Агеева Л.С., Кувардин Н.В., Шевченко А.П., 20242024Агеева Л.С., Кувардин Н.В., Шевченко А.П.Ageeva L.S., Kuvardin N.V., Shevchenko A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/230Цель исследования

Цель исследования. На основании результатов исследования солей 2(4)-октиламинопиридинов (2(4)-ОАП) физическими методами и их распределения в двухфазной системе вода – хлороформ установить закономерности ионообменной экстракции анионов с использованием ароматических аминов.

Методы

Методы. Химический синтез 2(4)-ОАП и их галогенидов, спектрофотометрия для определения концентрации 2(4)-ОАП в водной и органической фазе, характеризация 2(4)-ОАП и их галогенидов методами ИК, ПМР и ЭСХА спектроскопии.

Результаты

Результаты. Синтезированы по оригинальным методикам и идентифицированы 2(4)-ОАП и их галогениды. Определены логарифмы констант распределения солей 2-аминопиридина и 4-ОАП с однозарядным анионом в двухфазной системе вода - хлороформ. Показано, что полученные константы растут в ряду F– < Сl– < NO3–< Br– < ClO4– < SCN- < I–. При этом линейная корреляция между логарифмами констант и энергии гидратации анионов в этом ряду в целом, характерная для экстракции алифатическими аминами и четвертично-аммониевыми основаниями (ЧАО), не наблюдается. Результаты исследования галогенидов 2(4)-ОАП физическими методами свидетельствуют о перераспределении электронной плотности в ароматическом катионе в зависимости от природы аниона, что обеспечивает избирательность экстракции «мягких» (по Пирсону) анионов 2(4)-ОАП из водных сред.

Заключение

Заключение. Закономерности анионообменной экстракции 2(4)-ОАП, а также, видимо, и других ароматических аминов, с одной стороны, и алифатических аминов и ЧАО – с другой, совпадают только по отношению к «жестким» анионам. Положение меняется при экстракции «мягких» анионов. Из-за специфичности межионного взаимодействия ароматические амины более избирательны по отношению к «мягким» анионам, в том числе, видимо, и к некоторым ацидокомплексам «мягких» катионов металлов, например по отношению к галогенидным комплексам платиновых и других редких металлов, которые экстрагируются 2(4)-ОАП лучше, чем алифатическими аминами и ЧАО.

Purpose of the study

Purpose of the study. Based on the results of the study of salts of 2(4)-octylaminopyridines (2(4)-OAP) by physical methods and their distribution in the two-phase system water-chloroform, establish the patterns of ion-exchange extraction of anions using aromatic amines.

Methods

Methods. Chemical synthesis of 2(4)-OAP and their halides, spectrophotometry to determine the concentration of 2(4)-OAP in the aqueous and organic phase, characterization of 2(4)-OAP and their halides by IR, PMR and ESCA spectroscopy.

Results

Results. Synthesized by original methods and identified 2(4)-OAP and their halides. The distribution constants of 2-aminopyridine and 4-OAP salts with a singly charged anion in the water–chloroform two-phase system were determined. It is shown that the obtained constants increase in the following order: F-<Сl-<NO3-<Br-<ClO4-<SCN-<I-. In this case, a linear correlation between the logarithms of the constants and the hydration energy of anions in thisseries as a whole, which is typical for extraction with aliphatic amines and quaternary ammonium bases (FABs), is not observed. The results of the study of 2(4)-OAP halides by physical methods indicate a redistribution of the electron density in the aromatic cation depending on the nature of the anion, which ensures the selectivity of the extraction of “soft” (according to Pearson) 2(4)-OAP anions from aqueous media.

Conclusion

Conclusion. The patterns of anion-exchange extraction of 2(4)-OAP, as well as, apparently, other aromatic amines, on the one hand, and aliphatic amines and PAO, on the other hand, coincide only with respect to “hard” anions. The situation changes during the extraction of "soft" anions. Due to the specificity of interionic interaction, aromatic amines are more selective with respect to "soft" anions, including, apparently, some acid complexes of "soft" metal cations, for example, with respect to halide complexes of platinum and other rare metals that are extracted by 2(4)-OAP better than by aliphatic amines and PAO.

ароматические аминыэкстракцияанионымежионное взаимодействиеобменноэкстракционный рядaromatic amines2(4)-octylaminopyridinesextractionanionsinterionic interactionexchange-extraction series of anionsReferencesAgeeva L. S., Borsch N. A., Kuvardin N. V. 2(4)-Aminopyridines as ligands in the coordination and extraction chemistry of platinum metals / Exploring Chemistry with Pyridine Derivatives. 2023. January. https://doi.org/10.5772/intechopen.106376.Ageeva L. S., Borsch N. A., Kuvardin N. V. 2(4)-Aminopyridines as Ligands in the Coordination and Extraction Chemistry of Platinum Metals. Exploring Chemistry with Pyridine Derivatives, 2023. Jan. https://doi.org/10.5772/intechopen.106376Борщ Н. А. Теория и практика экстракционных методов / отв. ред. И. П. Алимарин, В. В. Багреев. М.: Наука, 1985. 269 c.Borsch N. A. Teoriya i praktika ekstraktsionnykh metodov [Theory and practice of extraction methods]. Rep. ed. Alimarin I. P., Bagreev V. V. Moscow, Nauka Publ., 1985. 269 p.Исследование химизма экстракции иридия 2-октиламинопиридином / Н. А. Борщ, О. М. Петрухин, А. Б. Соколов [и др.] // Журнал неорганической химии. 1981. Т. 26, № 3. С. 734– 743.Borshch N. A., Petrukhin O. M., Sokolov A. B., eds. Issledovanie khimizma ekstraktsii iridiya 2-Oktilaminopiridinom [Study of the chemistry of iridium extraction with 2-octylaminopyridine]. Zhurnal neorganicheskoi khimii = Journal of Inorganic Chemistry, 1981, vol. 26, no. 3, pp. 734–743.4-Октиламинопиридин – экстракционный реагент на иридий / И. Ф. Серегина, О. М. Петрухин, А. А. Формановский [и др.] // Доклады АН СССР. 1984. Т. 275, № 2. С. 385–387.Seregina I. F., Petrukhin O. M., Formanovskiy A. A., eds. 4-Oktilaminopiridin – ekstraktsionnyi reagent na iridii [4-Octylaminoperidine - extraction reagent for iridium]. Doklady AN SSSR = Documents of the Academy of Sciences of the USSR. 1984, vol. 275, no. 2, pp. 385–387.Взаимодействие ионов платиновых и переходных металлов c 2(4)-аминопиридинами в водных растворах в условиях, приближенных к процессам их экстракционного выделения и разделения / Л. С. Агеева, Н. А. Борщ, Н. В. Кувардин [и др.] // Журнал физической химии. 2023. Т. 97, № 1. С. 55–69. https://doi.org/10.31857/S0044453723010028.Ageeva L. S., Borshch N. A., Kuvardin N. V., eds. Vzaimodeistvie ionov platinovykh i perekhodnykh metallov c 2(4)-aminopiridinami v vodnykh rastvorakh v usloviyakh, priblizhennykh k protsessam ikh ekstraktsionnogo vydeleniya i razdeleniya [Interaction of platinum and transition metal ions with 2(4)-aminopyridines in aqueous solutions under conditions similar to processes their extraction isolation and separation]. Zhurnal fizicheskoi khimii = Journal Physical Chemistryб 2023, vol. 97, no. 1. P. 24.Борщ Н. А., Мальцева Н. Г. Специфичность межионного взаимодействия 2-октиламинопиридина и некоторые аспекты избирательной экстракции неорганических анионов ароматическими аминами // Журнал неорганической химии. 1982. Т. 27, № 9. С. 2355.Borshch N. A., Mal'tseva N. G. Spetsifichnost' mezhionnogo vzaimodeistviya 2-oktilaminopiridina i nekotorye aspekty izbiratel'noi ekstraktsii neorganicheskikh anio-nov aromaticheskimi aminami [Specificity of interionic interaction of 2-octylaminopyridine and some aspects of selective extraction of inorganic anions by aromatic amines]. Zhurnal neorganicheskoi khimii= Journal of Inorganic Chemistry, 1982, vol. 27, no. 9, pp. 2355.Шмидт B. C., Межов Э. А. Строение и экстракционная способность аминов и их солей // Успехи химии. 1965. Т. 34, № 8. С. I388–I4I5.Shmidt V. S., Mezhov E. A. Stroenie i ekstraktsionnaya sposobnost' aminov i ikh solei [Structure and extraction ability of amines and their salts]. Uspekhi khimii = Advances in Chemistry, 1965, vol. 34, no. 8, pp. I388–I4I5.Чичагова Г. Н., Иванов И. М., Гиндин Л. М. Анионообменный экстракционный ряд. Термодинамические характеристики экстракции анионов солями тетраоктиламмония // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия химических наук. 1974. № 7, вып. 3. С. 48–53.Chichagova G. N., Ivanov I. M., Gindin L. M. Anionoobmennyi ekstraktsionnyi ryad. Termodinamicheskie kharakteristiki ekstraktsii anionov solyami tetraoktilammoniya [Anion exchange extraction series. Thermodynamic characteristics of extraction of anions with tetraoctylammonium salts]. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Akademii nauk SSSR. Seriya khimicheskikh nauk = News of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences. Chemical Sciences Series, 1974, no. 7, is. 3, pp. 48–53.Davies I. T., Ridcal E. K. Interfacial phenomena. 2th ed. New York, Academic Press. Inc., 1963. 480 р.Davies I. T., Ridcal E. K. Interfacial phenomena. 2th ed. Academic Press. Inc., New York, 1961. 480 p.Mukerjec P. J., Ray A. Charge-transfer interactions and the polarity at the surface of micelles of long-chain pyridinium lodides // Phys. Chem. 1966. Vol. 70, no. 7. P. 2144–2149.Mukerjec P. J., Ray A. Charge-transfer interactions and the polazity at the surface of micelles of long-chain pyridinium lodides. Phys. Chem., 1966, vol. 70, no. 7, pp. 2144–2149.Борщ Н. А., Петрухин О. М. Экстракционное концентрирование иридия и родия 2-октиламинопиридином // Журнал аналитической химии. 1978. Т. 33, № 11. С. 2181–2190.Borshch N. A., Petrukhin O. M. Ekstraktsionnoe kontsentrirovanie iridiya i rodiya 2-oktilaminopiridinom [Extractive preconcentration of iridium and rhodium with 2-octylaminopyridine]. Zhurnal analiticheskoi khimii = Journal of Analytical Chemistry, 1978, vol. 33, no. 11, pp. 2181–2190.Борщ Н. А., Петрухин О. М. 2-Октиламинопиридин – новый экстракционный реагент // Журнал аналитической химии. 1978. Т. 33, № 9. С. 1805–1812.Borshch N. A., Petrukhin O. M. 2-Oktilaminopiridin – novyi ekstraktsionnyi reagent [2-Octylaminopyridine - a new extraction reagent]. Zhurnal analiticheskoi khimii = Journal of Analytical Chemistry, 1978, vol. 33, no. 9, pp. 1805–1812.Сидоренко С. В., Агеева Л. С., Борщ Н. А. Исследование продуктов синтеза 4-октиламинопиридина методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 1(22). С. 117–122.Sidorenko S. V., Ageeva L. S., Borshch N. A. Issledovanie produktov sinteza 4-oktilaminopiridina metodom vysokoeffektivnoi zhidkostnoi khromatografii [Investigation of 4-octylaminopyridine synthesis products by high performance liquid chromatography]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologolii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2017, vol. 7, no. 1(22), pp. 117–122.Борщ Н. А. Синтез структурированного полиэтилентерефталата для исследования механизма гелеобразования в условиях его промышленного производства // Известия Курского государственного технического университета. 2004. № 1(12). С. 103–106.Borsch N. A. Sintez strukturirovannogo polietilentereftalata dlya issledovaniya mekhanizma geleobrazovaniya v usloviyakh ego promyshlennogo proizvodstva [Sintez strukturirovannogo polietilentereftalata dlya issledovaniya mekhanizma geleobrazovaniya v usloviyakh ego promyshlennogo proizvodstva [Synthesis of structured polyethylene terephthalate for the study of the mechanism of gelation in the conditions of its industrial production]. Izvetiya Kurskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo univestiteta = Proceeding of the Kursk State Technical University, 2004, no. 1 (12), pp. 103–106. (In Russ.)Борщ Н. А., Агеева Л. С., Фролова А. Ю. Влияние распределения 4(2)-октиламинопиридинов в системе вода (HCl)/хлороформ на экстракцию ионов металлов из хлоридных растворов // Журнал физической химии. 2019. Т. 93, № 5. С. 661–667.Borshch N. A., Ageeva L. S., Frolova A. Yu. Vliyanie raspredeleniya 4(2)-oktilaminopiridinov v sisteme voda (HCl)/khloroform na ekstraktsiyu ionov metallov iz khloridnykh rastvorov [Effect of 4(2)-octylaminopyridine distribution in a water (HCl)/chloroform system on the extraction of metal ions from chloride solutions]. Zhurnal fizicheskoi khimii = Journal of Physical Chemistry, 2019, vol. 93, no. 5, pp. 828–834. https://doi.org/10.1134/S0036024419050066.Краткий справочник физико-химических величин / под ред. К. П. Мищенко и А. А. Равделя. 7-е изд. Л.: Химия, 1974. 200 с.Kratkii spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin [Brief reference book of physical and chemical quantities]; ed. by K. P. Mishchenko and A. A. Ravdel. 7-e izd. Leningrad, Nauka Publ. 1965.Ефремова А. Н., Борщ Н. А. Спектрофотометрическое определение константы ионизации монопротонированной формы 4-октиламинопиридина // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии: материалы Международной научной конференции. Курск: Университетская книга, 2016. С. 120–122.Efremova A. N., Borshch N. A. Spektrofotometricheskoe opredelenie konstanty ioni-zatsii monoprotonirovannoi formy 4-oktilaminopiridina [Spectrophotometric determination of the ionization constant of the monoprotonated form of 4-octylaminopyridine]. Fundamental'nye i prikladnye issledovaniya v oblasti khimii i ekologii: materialy Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii [Fundamental and applied research in the field of chemistry and ecology. Materials of the international scientific conference]. Kursk: Universitetskaya kniga Publ., 2016, pp. 120–122.Вдовенко B. M., Липовский А. А., Никитина С. А. Водородная связь в солях алкиламмония // Радиохимия. 1964. Т. 6, вып.1, С. 56–62.Vdovenko B. M., Lipovsky A. A., Nikitina S. A. Vodorodnaya svyaz' v solyakh alkilammoniya [Hydrogen bond in alkylammonium salts]. Radiokhimiya Publ., 1964. vol. 6, is. 1, pp. 56–62.Клопман Г. Н. Реакционная способность и пути реакций. М.: Мир, 1977. 384 с.Klopman G. N. Reaktsionnaya sposobnost' i puti reaktsii. [Reactivity and reaction pathways]. Moscow, Mir Publ., 1977. 384 p.Белеванцев В. И., Пещевицкий Б. И. Исследование сложных равновесий в растворах. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1978. 195 с.Belevantsev V. I., Peshchevitsky B. I. Issledovanie slozhnykh ravnovesii v rastvorakh [Study of complex equilibria in solutions]. Novosibirsk, Nauka Publ., Sib. Otd-nie, 1978. 195 p.Петрухин О.М., Борщ Н.А. Оценка констант устойчивости и констант экстракции комплексов металлов с серосодержащими хелатообразующими реагентами с использованием принципа ЖМКО // Координационная химия. 1982. Т. 8, № 1. С. 22–28.Petrukhin O. M., Borshch N. A. Otsenka konstant ustoychivosti i konstant ekstraktsii kompleksov metallov s serosoderzhashchimi khelatoobrazuyushchimi reagentami s ispol'zovaniyem printsipa ZHMKO [Estimation of stability constants and extraction constants of metal complexes with sulfur-containing chelating reagents using the LMCO principle]. Koordinatsionnaya khimiya = Coordination Chemistry, 1982, vol. 8, no. 1, рр. 22–28.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.