C6190 Pokročilá anorganická chemie ‐ praktikum
Úloha 4. Příprava silikofosfátového xerogelu (Dr. A. Stýskalík)
Příprava porézního a homogenního silikofosfátového xerogelu
3 Si(OAc)4 + 4 OP(OSiMe3)3 → Si3P4O16 + 12 Me3SiOAc (1)
TTP může být použit jako prekurzor pro přípravu silikofosfátových gelů.1,2
Jeho výhodami
jsou relativně vysoká reaktivita (snadné odstoupení trimethylsilylové skupiny oproti
alkylesterům kys. fosforečné díky vyšší reaktivitě vazby P–O–Si vs. P–O–C), mísitelnost s
organickými rozpouštědly a navíc je možné se vyhnout použití kyseliny fosforečné (voda,
H+
). Tyto všechny přednosti umožňují provádět kondenzační reakci v bezvodém prostředí.
Vzhledem k hydrolytické nestabilitě vazeb Si–O–P tak bylo možné připravit zcela nové
silikofosfátové materiály1,2
(samozřejmě je k tomu nutný také vhodný Si prekurzor – např.
Si(OAc)4, viz úloha Příprava octanu křemičitého).
Octan křemičitý (3.000 g, 11.36 mmol) navážíme do předem zvážené Schlenkovy nádoby v
suchém boxu a rozpustíme v toluenu (50 cm3
, lze použít také THF, dichlormethan,...). Mírný
nadbytek TTP nabereme do injekční stříkačky, jehla uzavřeme gumovou zátkou. Vše pak
vytáhneme ze suchého boxu a Schlenkovu nádobu s roztokem Si(OAc)4 připojíme k vakuové
lince. TTP následně přikapeme k tomuto roztoku za míchání při laboratorní teplotě (proud
suchého dusíku, septum, injekční stříkačka, nyní přesné vážení na kapku TTP, 4.761 g; 15.15
mmol). Po přikapání TTP a důkladném rozmíchání reakční směsi míchání zastavíme a reakční
směs umístíme do olejové lázně o teplotě 80 °C. Polykondenzační reakce (1) vedou ke vzniku
bezbarvého gelu během cca 30 min. Gel ponecháme v olejové lázni při 80 °C po dobu
jednoho týdne (je možné pozorovat synerezi gelu).
Gel následně vysušíme v dynamickém vakuu olejové vývěvy do konstantní hmotnosti (24–
48 h), rozpouštědlo a těkavé produkty jímáme do vymrazovací nádoby. Výtěžek xerogelu
(=suchý gel, bílý prášek) stanovíme zvážením celé Schlenkovy nádoby s produktem (proto je
nutné zvážit prázdnou Schlenkovku předem!). Výtěžek činí obvykle více než 100 % (rovnice
1 popisuje ideální reakci, kdy dojde ke kompletní kondenzaci všech organických skupin, k
tomu však nedochází). Místo toho se k charakterizaci gelu používá tzv. stupeň kondenzace,
DC [%] – tj. poměr zreagovaných organických skupin ku celkovému množství organických
skupin v reakční směsi (2). Pro takto připravený silikofosfátový xerogel činí DC obvykle asi
85 %.
DC = (ntotal – nresidual)/ntotal (2)
Charakterizace xerogelu
TG/DSC (vzduch, 5 K min-1
):
IR (KBr, cm1
) ν 
13
C CPMAS NMR (ppm) δ 
29
Si CPMAS NMR (ppm) δ 
31
P MAS NMR (ppm) δ 
BET SA:
GC-MS nebo NMR analýza vedlejších produktů:
Otázky
1/ Porovnejte teoretický hmotnostní úbytek (z vážení produktu) s praktickým hmotnostním
úbytkem. Vysvětlete případný rozdíl.
2/ Nakreslete koordinační okolí pro všechny signály Si v 29
Si MAS NMR spektrech.
Literatura
1
Styskalik, A.; Skoda, D.; Moravec, Z.; Abbott, J. G.; Barnes, C. E.; Pinkas, J. Synthesis of
Homogeneous Silicophosphate Xerogels by Non-hydrolytic Condensation Reactions.
Microporous Mesoporous Mater. 2014, 197, 204–212.
2
Styskalik, A.; Skoda, D.; Moravec, Z.; Babiak, M.; Barnes, C. E.; Pinkas, J. Control of
Micro/Mesoporosity in Non-hydrolytic Silicophosphate Xerogels. J. Mater. Chem. A 2015, 3
(14), 7477–7487.