ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ И АКТИВНОСТЬ СОЛЕЙ МЕЗО – ТЕТРАКИС(1`-МЕТИЛ-ПИРИД-4- И 3-ИЛ)ПОРФИНА И КОМПЛЕКСОВ КОБАЛЬТА
Аннотация
Синтезированы и охарактеризованы растворимые в воде соли 5,10,15,20-тетракис(1’-метил-пирид-4- и -3-ил)порфин тетратозилаты [H2(1’-метил-Py-4- и -3)4P (Ts-)4] и тетраиодиды [H2(1’-метил-Py-4- и -3)4P (I-)4], 5,10,15,20-тетракис(1’-метил-пирид-4- и -3-ил)порфиринат кобальта тетратозилат [Сo-тетракис(1’-метил-Py-3)4P (Ts-)4], отличающиеся изомерией функционального мезо-заместителя молекулы порфиринов и природой противоиона (I-, Ts-). Проведены электрохимические исследования и получены данные о редокс-поведении, эффективности использования порфириновых соединений в реакции электровосстановления молекулярного кислорода. Методом циклической вольтамперометрии установлено, что в среде аргона для лигандов наблюдаются две стадии процесса их электровосстановления, для металлокомплексов зафиксированы дополнительные переходы: один процесс электровосстановления макроцикла в области потенциалов -0,78 … -1,36 В, и процесс окисления (восстановления) Co3+↔Co2+, локализованный на атоме металла при Еred/ox= 0,19 В. N-замещение пиридильного фрагмента порфиринов приводит к некоторому увеличению их восстановительной способности, по сравнению с незамещенными тетрапиридилпорфиринами [H2(Py-4- и -3)4P]. Оценена возможность применения растворимых в воде порфиринов в электрокатализе реакции восстановления молекулярного кислорода. Показано, что природа катиона металла оказывает существенное влияние на электрокаталитическую активность соединений в реакции ионизации молекулярного кислорода в водно-щелочном растворе. Активность комплексов Сo(1’-метил-Py-4- и -3)4P тетратозилатов возрастает по сравнению с [H2(1’-метил-Py-4- и -3)4P (Ts)4-] на ~50-90 мВ, и системой без катализатора на ~140-160 мВ.
Для цитирования:
Березина Н.M., Базанов М.И., Березина Г.Р., Любимова Т.В., Семейкин А.С. Электрохимическое поведение и активность солей мезо – тетракис(1`-метил-пирид-4- и 3-ил)порфина и комплексов кобальта. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 2. С. 62-69. DOI: 10.6060/ivkkt.20256802.7129.
Литература
Askarov K.A., Berezin B.D., Bystritskaya E.V. Porphyrins: spectroscopy, electrochemistry, application. M.: Nauka. 1987. 384 p. (in Russian).
Handbook of Porphyrin Science: With Application to Chemistry, Physics, Material Science, Engineering, Biolo-gy and Medicine. Ed. by K.M. Kadish, K.M. Smith, R. Guilard. Singapore: World Scientific Publ. Co. Pte. Ltd. 2010. V. 4(16-22). Р. 1-488.
Berezina N.M., Bazanov M.I., Koifman O.I. Pyridylsubstituted porphyrins: electrochemistry and catalysis of electrocatalysis of the oxygen reduction reaction. In: Materials based on tetrapyrrole macroheterocyclic functional compounds. Ed. by O.I. Koifman. M.: LENAND. 2019. P. 619-656 (in Russian).
Auwarter W., Écija D., Klappenberger F., Barth J. Porphyrins at interfaces. Nature Chem. 2015. V. 7. P. 105-117. DOI: 10.1038/NCHEM.2159.
Tarasevich M.R., Radyushkina K.A. Catalysis and electrocatalysis by metalloporphyrins. M.: Nauka. 1982. 168 p. (in Russian).
Bazanov M.I., Berezina N.M., Kokorin M.S., Semeikin A.S., Petrova D.V. Electrochemical and electrocatalytic properties of metallocomplexes 10,15,(20)-dinitro-5-(4-nitrophenyl)-2,3,7,8,12,13,17,18-octamethylporphine with Co(II), Ni(II), Cu(II) and Pd(II). ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 9. P. 46-55. DOI: 10.6060/ivkkt.20236609.6853.
Kustov A.V., Berezin D.B.; Zorin V.P., Morshnev P.K., Kukushkina N.V., Krestyaninov M.A., Kustova T.V., Strelnikov A.I., Lyalyakina E.V., Zorina T.E. Abramova O.B., Kozlovtseva E.A. Monocationic Chlorin as a Promising Photosensitizer for Antitumor and Antimicrobial Photodynamic Therapy. Pharmaceutics. 2023. V. 15. P. 61. DOI: 10.3390/pharmaceutics15010061.
Coros M., Pogacean F., Mǎgeruşan L., Roșu M., Porav A., Socaci C., Bende A., Staden R.S., Pruneanu S. Gra-phene-porphyrin composite synthesis through graphite exfoliation: The electrochemical sensing of catechol. Sens. Actuators B: Chem. 2018. V. 256. P.665-673. DOI: 10.1016/J.SNB.2017.09.205.
Caemalbecke E. Van, Derbin A., Hambright P., Garcia R., Doukkali A., Saoiabi A., Ohkubo K., Fukuzumi S., Kadish K.M. Electrochemistry of [(TMpyP)MII]4+(X-)4 (X- = Cl- or BPh4-) and [(TMpyP)MIIICl]4+(Cl-)4 in N,N-dimethylformamide where M is one of 15 different metal ions. Inorg. Chem. 2005. V. 44. P. 3789-3798. DOI: 10.1021/ic048820q.
Kadish K.M., Caemelbecke E.V., Royal G. Electro-chemistry of Metalloporpyrins in Nonaqueous Media. In: The Porphyrin Handbook. Ed. by K.M. Kadish. San Diego: Academic Press. 2000. V. 8. Chap. 55. P. 1-114.
Araullo-McAdams C., Kadish K.M. Electrochemistry, spectroscopy, and reactivity of (meso-tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl)porphinato)cobalt(III,II,I) in nonaqueous media. Inorg. Chem. 1990. V. 29. P. 2749-2757. DOI: 10.1021/ic00340a009.
Cui Y., Zeng L., Fang Y., Zhu J., Xu H., Desbois N., Gros C.P., Kadish K.M. Electrochemical and Spectroe-lectrochemical Properties of Free-Base Pyridyl- and N-Alkyl-4-Pyridylporphyrins in Nonaqueous Media. ChemElectroChem. 2016. V. 3. P. 110-121. DOI: 10.1002/celc.201500374.
Bazanov M.I., Berezina N.M., Gridchin S.N., Krutova O.N., Gorboletova G.G., Bychkova S.A., Lytkin A.I., Chernyavskaya N.V., Chernikov V.V., Volkov A.V. Theoretical and experimental approaches in the study of electrochemical and thermodynamic properties of polyfunctional organic compounds in liquid-phase and heter-ophase systems. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 98-110. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6839j.
Berezina N.M., Berezin M.B., Semeikin A.S. Solvation interactions and photostability of tetrakis(1-methylpyridyl)porphyrin derivatives. J. Mol. Liquids. 2019. V. 290. 111196. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.111196.
Berezina N.M., Bazanov M.I., Semeikin A.S. Electro-chemical properties of tetra(pyrid-4’)porphine and its metal complexes with Co(II), Cu(II), Zn(II). Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2010. V. 53. N 1. P. 32-36.
Do N.M., Berezina N.M., Bazanov M.I., Gyseinov S.S., Berezin M.B., Koifman O.I. Electrochemical behavior of a number of bispyridyl-substituted porphyrins and their electrocatalytic activity in molecular oxygen reduction re-action. J. Porphyr. Phthalocyan. 2016. V. 20. N 5. P. 615-623. DOI: 10.1142/S1088424616500437.
Berezina N.M., Bazanov M.I., Semeikin A.S., Glazynov A.V. Electrochemical and electrocatalytic properties of a number of tetra(pyridyl-4’, 3’)porphin derivatives. Russ. J Electrochem. 2011. V. 47. N 1. P. 42-46. DOI: 10.1134/S1023193511010046.
Silva C.P., Candia C.P., Paredes M., Imbarack E., Martínez-Gómez F., Olguín C.F., Jara G., Zagal J.H., Pavez J., Agurto N. Electrocatalytic oxygen reduction on metalloporphyrins. Second coordination sphere substituents on the ligand: Electronic and steric effects through pocket and extended structures and their effect on the electrocatalytic activity. J. Catal. 2024. V. 430. 115365. DOI: 10.1016/j.jcat.2024.115365.
Krivenko A.G., Manzhos R.A., Kotkin A.S., Kochergin V.K. One-stage plasma-assisted electrochemical synthesis of cobalt-containing catalysts for oxygen reduction. Russ. J. Electrochem. 2020. V. 56. N 5. P. 418-421. DOI: 10.31857/ S0424857020050072.
Yanilkin V.V., Nastapova N.V., Fazleeva R.R. Nasretdinova G.R., Sultanova E.D., Ziganshina A.Yu., Gubaidullin A.T., Samigullina A.I., Evtyugin V.G., Vorobyov V.V., Osin Yu.N. Molecular oxygen as mediator in the metal nanoparticles' electrosynthesis in N,N-dimethylformamide. Russ. J. Electrochem. 2018. V. 54. N 3. P. 265-282. DOI: 10.7868/s0424857018030064.
Sonkar P.K., Prakash K., Yadav M., Ganesan V., Sankar M., Gupta R., Yadav D.K. Co(II)-porphyrin-decorated carbon nanotubes as catalysts for oxygen reduction reactions: an approach for fuel cell improvement. J. Mater. Chem. 2017. V. 5. P. 6263-6276. DOI: 10.1039/C6TA10482G.
Mayranovskiy V.G. Electrochemistry of porphyrins. In: Porphyrins: spectroscopy, electrochemistry, application. M.: Nauka. 1987. 127 p. (in Russian).
Davis R.E., Horvath G.L., Tobias C.W. The solubility and diffusion coefficient of oxygen in potassium hydrox-ide solutions. Electrochim. Acta. 1967. V. 12. P. 287. DOI: 10.1016/0013-4686(67)80007-0.
