Synthesis and Evaluation of Hydrophilic 1,10-Phenanthroline Derivative for the Separation of Scandium(III) and Yttrium(III)

化学 镧系元素 萃取(化学) 选择性 配体(生物化学) 衍生工具(金融) 溶剂萃取 遗传算法 组合化学 溶剂 化学稳定性 表征(材料科学) 菲咯啉 配位复合体 分离法 工作(物理) 金属 混合动力系统 复杂地层 计算化学 模型系统 稀土 密度泛函理论 理论(学习稳定性) 液-液萃取 领域(数学)
作者
Peng Ren,Chen-Peng Guan,Yang Yang,Dai Liu,Yu-Kai Peng,Cong Huang,Rong Hua,Zi Yi Liu,Peng Ren,Chen-Peng Guan,Yang Yang,Dai Liu,Yu-Kai Peng,Cong Huang,Rong Hua,Zi Yi Liu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c04203
摘要

This work addresses a critical scientific challenge for the field of lanthanide solvent extraction by developing a novel hydrophilic ligand system based on a phenanthroline skeleton. Through the design and synthesis of 2,2'-((1,10-phenanthroline-2,9-dicarbonyl)bis(azanediyl))bis(ethane-1-sulfonic acid) (DS-DAPhen) featuring hard-soft hybrid donors, and its synergistic use with the conventional hydrophobic extractant N,N,N',N'-tetraoctyl diglycolamide (TODGA), we successfully established a novel competitive extraction system for Sc(III)/Y(III) separation. Experimental results demonstrate that this system exhibits exceptional selectivity toward Sc(III) within a 0.5-2.0 M HNO3 concentration range, achieving a remarkably high maximum separation factor of 1031.6 (Y/Sc). Through comprehensive characterization techniques including ESI-HRMS and single-crystal X-ray diffraction, we systematically investigated the concentration-dependent speciation of complexes: under ligand-deficient conditions, both 1:2 and 1:1 complex species predominated, while at equimolar concentrations, the 1:1 complex became the dominant species. DFT calculations provided mechanistic insights at the electronic structure level, confirming significantly stronger coordination bonds between DS-DAPhen and Sc(III) compared to Y(III), along with greater thermodynamic stability of Sc(III) complexes.

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