The Solvent Extraction of Univalent Cation Picrates by New Podands

새로운 포단드에 의한 피크린산 일가 양이온 염의 용매추출

Some new podands containing phenyl(B), benzyl(Bz), pyridine(Py), quinoline(Q) and naphthalene(Np) as end-groups, and oxygen(O) and sulfur(S) in ether chains as donor atoms have been synthesized. The univalent cation binding characteristics of these podands have been studied by NMR titration and solvent extraction. By NMR titration we have found that the most of podands form 1:1 complexes with $Ag^+$ ion. Especially, the substituted sulfur atoms in ether chains show the effects to enhance the stabilities. We also carried out the extractions of univalent cation picrates including alkaline metal, $Ag^+$, $Tl^+$ and $NH_4{^-}$ ions from aqueous to chloroform layer by using these podands. We found that the extractabilities of $Ag^+$ ion with the quinoline-containing podands such as, $Q_2O_4$, $Q_2O_5$ and $BQO_5$ were 86.8, 86.6 and 48.0% respectively, but the naphthalene-containing podands such as, $Np_2O_4$ and $Np_2O_5$ extracted quite small amount. Otherwise, in cases of $Bz_2O_3S_2$(89.4%), $B_2O_2S_2$(96.8%), $B_2O_3S_2$(58.9%), $Py_2O_2S_2$(58.8%), $Py_2O_3S_2$(42.1%), and $B_2O_4S$(15.0%), interestingly, $Bz_2O_3S_2$ which have sulfur atoms and benzyl groups showed the highest extraction selectivity for $Ag^+$ ion. This result seems due to not only the strong interaction of $Ag^+$ ion with sulfur donors according to the HSAB theory, but also the effective ${\pi}-{\pi}$ stacking interaction between two aromatic end-groups which is enhanced by the flexible methylene spacing group in benzyl groups instead of phenyl groups. The extraction coefficients gave the similar tendency as the extractabilities and the stabilities. From these results, it could be concluded that the predominant factor affected to extraction coefficients is the stabilities, which are strongly influenced by the structures of podands.

말단기에 페닐(B), 벤질(Bz), 피리딘(Py), 퀴놀린(Q) 또는 나프탈렌(Np), 그리고 에테르 사슬에 산소(O) 또는 황(S) 주개원자를 갖는 몇 가지 포단드를 합성하여 1가 양이온과의 결합특성을 NMR 적정법과 용매추출법으로 조사하였다. NMR 적정에 의하면 대부분의 포단드는 1가 양이온과 1:1 착물을 형성하며, 특히 은이온과의 상호작용에서 에테르 사슬의 황 원자는 안정도를 증가시키는 효과를 나타내었다. 또한 포단드를 이용하여 에테르 수용액층에서 클로로포름층으로 알칼리 금속, 은, 탈륨 및 암모늄 등의 피크린산 1가 양이온염을 추출하였다. 은이온에 대한 추출률은 $Q_2O_4$, $Q_2O_5$ 및 $BQO_5$와 같이 퀴놀린을 포함하는 포단드의 경우 각각 86.8, 86.6 및 48.0%였으나 나프탈렌을 갖는 $Np_2O_4$ 및 $Np_2O_5$에 의해서는 거의 추출되지 않았다. 한편, $Bz_2O_3S_2$(89.4%), $B_2O_2S_2$(76.8%), $B_2O_3S_2$(58.9%), $Py_2O_2S_2$(58.8%), $Py_2O_3S_2$(42.1%) 및 $B_2O_4S$(15.0%)의 경우, 황 원자와 벤질기를 갖는 $Bz_2O_3S_2$가 가장 큰 은이온 추출 선택성을 나타내었다. 이러한 결과는 HSAB 이론에 의한 황 원자와 은이온과의 강한 상호작용 뿐 아니라 페닐기 대신에 벤질기가 치환됨으로써 유연한 메틸렌기 공간에 의해 두 방향족 말단기 사이의 ${\pi}-{\pi}$ 스택킹 상호작용이 효과적으로 증가하기 때문이다. 추출계수는 안정도 및 추출률과 비슷한 경향성을 나타내었는데, 이로부터 추출계수에 주된 영향을 미치는 요인으로는 포단드의 구조와 밀접한 관계가 있는 안정도임을 알 수 있었다.