Гадолиний(III) хлорид

Гадолиний(III) хлорид
Имена
	Название ИЮПАК Гадолиний(III) хлорид
	Другие имена Гадолиний трихлорид ; Гадолиния хлорид
Идентификаторы
Номер CAS	10138-52-0 И; 19423-81-5 (гидрат) Н; 13450-84-5 (гексагидрат) И;
3D модель ( JSmol )	Интерактивное изображение;
ЧЭБИ	ЧЕБИ:37288 И;
ChEMBL	ChEMBL1697696 Н;
ChemSpider	55406 И;
Информационная карта ECHA	100.030.338
CID PubChem	61486;
УНИИ	P7082WY76D И;
Панель инструментов CompTox ( EPA )	DTXSID2044761;
	ИнЧи InChI=1S/3ClH.Gd/h31H;/q;;;+3/p-3 И Ключ: MEANOSLIBWSCIT-UHFFFAOYSA-K И; InChI=1/3ClH.Gd/h31H;/q;;;+3/p-3 Ключ: MEANOSLIBWSCIT-DFZHHIFOAP;
	УЛЫБКИ Cl[Gd](Cl)Cl;
Характеристики
Химическая формула	GdCl3
Молярная масса	263,61 г/моль
Появление	белые кристаллы ; гигроскопичны
Плотность	4,52 г/см 3
Температура плавления	609 °C (1128 °F; 882 К)
Точка кипения	1580 °C (2880 °F; 1850 K)
Растворимость в воде	94,65 г/100мл, 25°C
Магнитная восприимчивость (χ)	+27,930·10 −6 см 3 /моль
Структура
Кристаллическая структура	шестиугольный , hP8
Космическая группа	П6 3 /м, № 176
Родственные соединения
Другие анионы	Гадолиний(III) фторид ; Гадолиний(III) бромид ; Гадолиний(III) оксид
Другие катионы	Хлорид европия(III) ; Хлорид тербия(III)
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). Н проверить ( что такое ?)ИН Ссылки на инфобокс

Химическое соединение

Хлорид гадолиния(III) , также известный как трихлорид гадолиния , — это _GdCl3 . Это бесцветное, гигроскопичное, водорастворимое твердое вещество. Гексагидрат GdCl3 _∙ 6H2O встречается часто и иногда также называется трихлоридом гадолиния. Виды Gd3 ^{+ представляют особый интерес}_, поскольку ион имеет максимально возможное число неспаренных спинов, по крайней мере для известных элементов. С семью валентными электронами и семью доступными f-орбиталями все семь электронов неспарены и симметрично расположены вокруг металла. Высокий магнетизм и высокая симметрия в совокупности делают Gd3 ⁺ полезным компонентом в ЯМР-спектроскопии и МРТ.

Подготовка

GdCl ₃ обычно получают по « аммонийхлоридному » пути, который включает начальный синтез (NH ₄ ) ₂ [GdCl ₅ ]. Этот материал может быть получен из обычных исходных материалов при температуре реакции 230 °C из оксида гадолиния : ^[2]

10NH4Cl + _Gd2O3 → ₂₍_NH4 ) ₂ [ _GdCl5 ] + 6NH3 ₊ 3H2O

из гидратированного хлорида гадолиния:

4NH4Cl + 2GdCl3 _∙ 6H2O _→₂ ( NH4 ₎ 2 _[_GdCl5 ] ₊ 12H2O

из металлического гадолиния :

10NH4Cl + 2Gd → 2( _NH4₎ 2 _[ GdCl5 _] + _6NH3 + _3H2

На втором этапе пентахлорид разлагается при 300 °C:

( _NH4 ) ₂ [ _GdCl5 ] → _GdCl3 + _2NH4Cl

Эта реакция пиролиза протекает через промежуточное звено NH ₄ [Gd ₂ Cl ₇ ].

Метод с использованием хлорида аммония более популярен и менее затратен, чем другие методы. Однако GdCl ₃ можно также синтезировать путем реакции твердого Gd при 600 °C в текущем потоке HCl . ^[3]

Gd + 3 HCl → GdCl ₃ + 3/2 H ₂

Хлорид гадолиния (III) также образует гексагидрат , GdCl ₃ ∙6H ₂ O. Гексагидрат получают путем добавления оксида (или хлорида) гадолиния (III) в концентрированную HCl с последующим выпариванием. ^[4]

Структура

GdCl ₃ кристаллизуется с гексагональной структурой UCl ₃ , как и для других 4f трихлоридов, включая La , Ce , Pr , Nd , Pm , Sm , Eu . ^[5] Следующие кристаллизуются в мотиве YCl ₃ : DyCl ₃ , HoCl ₃ , ErCl ₃ , TmCl ₃ , YdCl ₃ , LuCl ₃ , YCl ₃ ). Мотив UCl ₃ характеризуется 9-координированным металлом с трехшапочной тригональной призматической координационной сферой . В гексагидрате хлорида гадолиния (III) и других меньших 4f трихлоридах и трибромидах шесть молекул H ₂ O и 2 иона Cl ⁻ координируются с катионами, что приводит к координационной группе из 8.

Свойства, с применением к МРТ

Соли гадолиния представляют основной интерес для релаксационных агентов в магнитно-резонансной томографии ( МРТ ). Этот метод использует тот факт, что Gd3 ⁺ имеет электронную конфигурацию f7 ^. Семь — это наибольшее число неспаренных электронных спинов, возможных для атома, поэтому Gd3 ⁺ является ключевым компонентом в разработке высокопарамагнитных комплексов. ^[6] Для получения релаксационных агентов источники Gd3 ⁺ , такие как GdCl3 _∙ 6H2O _, преобразуются в координационные комплексы . GdCl3 _∙ 6H2O _не может использоваться в качестве контрастного агента для МРТ из-за его низкой растворимости в воде при pH организма, близком к нейтральному. ^[7] «Свободный» гадолиний(III), например [GdCl2 ₍ H2O ₎ 6 _] + ^, токсичен , поэтому хелатирующие агенты необходимы для биомедицинских применений. Простые монодентатные или даже бидентатные лиганды не будут достаточными, поскольку они не остаются связанными с Gd ³⁺ в растворе. Поэтому требуются лиганды с более высокими координационными числами. Очевидным кандидатом является EDTA ⁴⁻ , этилендиаминтетраацетат, который является широко используемым гексадентатным лигандом, используемым для комплексообразования с переходными металлами. Однако в лантанидах координационные числа больше шести, поэтому используются еще более крупные аминокарбоксилаты.

Одним из типичных хелатирующих агентов является H ₅ DTPA, диэтилентриаминпентауксусная кислота. ^[8] Хелатирование сопряженного основания этого лиганда увеличивает растворимость Gd ³⁺ при нейтральном pH организма и по-прежнему обеспечивает парамагнитный эффект, необходимый для контрастного агента для МРТ . Лиганд DTPA ⁵⁻ связывается с Gd через пять атомов кислорода карбоксилатов и три атома азота аминов. Остается 9-й сайт связывания, который занят молекулой воды . Быстрый обмен этого водного лиганда с объемной водой является основной причиной свойств хелата, усиливающих сигнал. Структура [Gd(DTPA)(H ₂ O)] ²⁻ представляет собой искаженную трехшапочную тригональную призму.

Ниже приведена реакция образования Gd-DTPA:

Ссылки

^ Saeger, Victor William; Spedding, FH (ноябрь 1960). Некоторые физические свойства хлоридов редкоземельных элементов в водном растворе. Технические отчеты лаборатории Эймса 46. стр. 38. Получено 19 октября 2020 г.
^ Мейер, Г. (1989). Путь хлорида аммония к безводным хлоридам редкоземельных элементов — пример YCl ₃ . Неорганические синтезы. Т. 25. С. 146–150. doi :10.1002/9780470132562.ch35. ISBN 978-0-470-13256-2.
^ Корбетт, Джон Д. (1983). «Трихлориды редкоземельных элементов, иттрия и скандия». Неорганические синтезы . Неорганические синтезы. Т. 22. С. 39–42. doi :10.1002/9780470132531.ch8. ISBN 978-0-470-13253-1.
^ Куилл, Л. Л.; Клинк, Джордж Л. (1967). «Приготовление метанолятов хлоридов лантаноидов с использованием 2,2-диметоксипропана». Неорганическая химия . 6 (7): 1433–1435. doi :10.1021/ic50053a032.
^ Уэллс, А. Ф. (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Clarendon Press.
^ Радухель, Б.; Вайнманн, Х.; Мюлер, А. (1996). «Хелаты гадолиния: химия, безопасность и поведение». Энциклопедия ядерного магнитного резонанса . 4 : 2166–2172.
^ Спенсер, А. Дж.; Уилсон, С. А.; Батчелор, Дж.; Рейд, А.; Пис, Дж.; Харпур, Э. (1997). «Токсичность хлорида гадолиния у крыс». Toxicologic Pathology . 25 (3): 245–255. doi :10.1177/019262339702500301. ISSN 0192-6233. PMID 9210255. S2CID 19838648.
^ Aime, S.; Botta, Mauro; Dastru, Walter; Fasano, Mauro; Panero, Maurizio; Arnelli, Aldo (1993). «Синтез и характеристика нового DPTA-подобного комплекса гадолиния (III): потенциальный реагент для определения гликированных белков с помощью измерений релаксации протонов ЯМР воды». Неорганическая химия . 32 (10): 2068–2071. doi :10.1021/ic00062a031.

"Гадолиний". База данных магнитно-резонансной томографии TIP-MRI . Получено 22 февраля 2006 г.
"Гадолиний". Webelements . Получено 22 февраля 2006 г. .

[1] Saeger, Victor William; Spedding, FH (ноябрь 1960). Некоторые физические свойства хлоридов редкоземельных элементов в водном растворе. Технические отчеты лаборатории Эймса 46. стр. 38. Получено 19 октября 2020 г.

[2] Мейер, Г. (1989). Путь хлорида аммония к безводным хлоридам редкоземельных элементов — пример YCl ₃ . Неорганические синтезы. Т. 25. С. 146–150. doi :10.1002/9780470132562.ch35. ISBN 978-0-470-13256-2.

[3] Корбетт, Джон Д. (1983). «Трихлориды редкоземельных элементов, иттрия и скандия». Неорганические синтезы . Неорганические синтезы. Т. 22. С. 39–42. doi :10.1002/9780470132531.ch8. ISBN 978-0-470-13253-1.

[4] Куилл, Л. Л.; Клинк, Джордж Л. (1967). «Приготовление метанолятов хлоридов лантаноидов с использованием 2,2-диметоксипропана». Неорганическая химия . 6 (7): 1433–1435. doi :10.1021/ic50053a032.

[5] Уэллс, А. Ф. (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Clarendon Press.

[6] Радухель, Б.; Вайнманн, Х.; Мюлер, А. (1996). «Хелаты гадолиния: химия, безопасность и поведение». Энциклопедия ядерного магнитного резонанса . 4 : 2166–2172.

[SpencerWilson1997-7] Спенсер, А. Дж.; Уилсон, С. А.; Батчелор, Дж.; Рейд, А.; Пис, Дж.; Харпур, Э. (1997). «Токсичность хлорида гадолиния у крыс». Toxicologic Pathology . 25 (3): 245–255. doi :10.1177/019262339702500301. ISSN 0192-6233. PMID 9210255. S2CID 19838648.

[8] Aime, S.; Botta, Mauro; Dastru, Walter; Fasano, Mauro; Panero, Maurizio; Arnelli, Aldo (1993). «Синтез и характеристика нового DPTA-подобного комплекса гадолиния (III): потенциальный реагент для определения гликированных белков с помощью измерений релаксации протонов ЯМР воды». Неорганическая химия . 32 (10): 2068–2071. doi :10.1021/ic00062a031.