chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2023-18-6-583-594chemicallytech-2016Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВCoordination compounds of indium, gadolinium, and erbium nitrates with low urea contentКоординационные соединения нитратов индия, гадолиния и эрбия с низким содержанием мочевиныhttps://orcid.org/0000-0002-2088-5091СавинкинаЕ. В.SavinkinaE. V.

Савинкина Елена Владимировна, д.х.н., профессор кафедры неорганической химии им. А.Н. Реформатского, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 8419176500, ResearcherID G-2949-2013

Elena V. Savinkina, Dr. Sci. (Chem.), Professor, A.N. Reformatskii Department of Inorganic Chemistry, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

Scopus Author ID 8419176500, ResearcherID G-2949-201

savinkina@mirea.ruКараваевИ. А.KaravaevI. A.

Караваев Игорь Александрович, к.х.н., преподаватель кафедры неорганической химии им. А.Н. Реформатского, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 57214990536, ResearcherID HNP-2255-2023

Igor A. Karavaev, Cand. Sci. (Chem.), Senior Lecturer, A.N. Reformatskii Department of Inorganic Chemistry, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Scopus Author ID 57214990536, ResearcherID HNP-2255-2023 

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

karavaev@mirea.ruhttps://orcid.org/0009-0007-5009-2299БеттельсЕ. К.BettelsE. K.

Беттельс Елизавета Карстеновна, аспирант кафедры неорганической химии им. А.Н. Реформатского, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Elizaveta K. Bettels, Postgraduate Student

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

bettels@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2676-8774БузановГ. А.BuzanovG. A.

Бузанов Григорий Алексеевич, к.х.н., старший научный сотрудник

119071, Москва, Ленинский пр-т, д. 31

Scopus Author ID 26026544800, ResearcherID N-8207-2015

Grigorii A. Buzanov, Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher

31, Leninskii pr., Moscow, 119071

Scopus Author ID 26026544800, ResearcherID N-8207-2015

gbuzanov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0156-5535КубасовА. С.KubasovA. S.

Кубасов Алексей Сергеевич, к.х.н., старший научный сотрудник

119071, Москва, Ленинский пр-т, д. 31

Scopus Author ID 56118634600, ResearcherID J-5588-2016

Aleksei S. Kubasov, Cand. Sci. (Chem.), Senior Researcher

Scopus Author ID 56118634600, ResearcherID J-5588-2016

31, Leninskii pr., Moscow, 119071

fobosax@mail.ruМИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова)РоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наукРоссияKurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesRussian Federation202318012024186583594Copyright © Savinkina E.V., Karavaev I.A., Bettels E.K., Buzanov G.A., Kubasov A.S., 20242024Савинкина Е.В., Караваев И.А., Беттельс Е.К., Бузанов Г.А., Кубасов А.С.Savinkina E.V., Karavaev I.A., Bettels E.K., Buzanov G.A., Kubasov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2016Objectives

Objectives. To date, compounds of rare earth nitrates with urea in a ratio of 1:4 and indium in a ratio of 1:6 have been synthesized and structurally characterized. However, there is a lack of research into similar compounds having a lower urea content. The purpose of this work was to continue the search for regularities of structure formation for complexes of various elements with urea.

Methods

Methods. Novel coordination compounds were synthesized and characterized by powder- and single-crystal X-ray diffraction analysis, as well as infrared spectroscopy.

Results

Results. The interaction of indium, gadolinium and erbium nitrates with urea (Ur) in an aqueous solution under conditions of ligand deficiency produces the previously unknown coordination compounds cis-[In(Ur)4(NO3)2]NO3, [Gd(H2O)2(Ur)2(NO3)3], and [Er(H2O)2(Ur)(NO3)3]. The indium complex is shown to have an ionic structure, whereas the gadolinium and erbium complexes have a molecular structure. In the indium complex, the coordination number is 6; the cation has an octahedral structure; it involves two cis-arranged monodentate nitrate groups and four monodentate urea molecules. The coordination number of gadolinium is 10; here, the coordination polyhedron is a distorted pentagonal bipyramid at the vertices of which there are two water molecules, while in the internal polygonal base there are two monodentate urea molecules and three bidentate chelating nitrate groups oriented perpendicular to the polygonal base of the bipyramid. The coordination number of erbium is 9; the coordination polyhedron is a distorted tricapped trigonal prism.

Conclusions

Conclusions. In contrast with the gadolinium complex, one urea molecule is coordinated in the erbium complex instead of two, decreasing the coordination number from 10 to 9. In the indium complex cation, the coordination number is 6; unlike the gadolinium and erbium complexes, the cation does not contain water, and the nitrate groups are monodentate.

Цели

Цели. В настоящее время синтезированы и структурно охарактеризованы соединения нитратов редкоземельных элементов с мочевиной в соотношении 1:4 и индия ― в соотношении 1:6, однако практически не изучены подобные соединения с меньшим содержанием мочевины. Целью настоящей работы является продолжение поиска закономерностей образования и строения комплексов различных элементов с мочевиной.

Методы

Методы. Новые координационные соединения синтезированы и охарактеризованы методами рентгенофазового анализа, инфракрасной спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Результаты

Результаты. Взаимодействие нитратов гадолиния и эрбия с карбамидом (мочевиной, Ur) в водном растворе в условиях недостатка лиганда приводит к образованию ранее неизвестных координационных соединений цис-[In(Ur)4(NO3)2]NO3, [Gd(H2O)2(Ur)2(NO3)3] и [Er(H2O)2(Ur)(NO3)3]. Показано, что комплекс индия имеет ионное, а комплексы гадолиния и эрбия ― молекулярное строение. Координационное число индия равно 6; комплексный катион имеет октаэдрическое строение с цис-расположением двух монодентатных нитратных групп. Вершины октаэдра заняты атомами кислорода четырех монодентатных молекул карбамида. Координационное число гадолиния равно 10, координационный полиэдр можно представить как искаженную пентагональную пирамиду, в вершинах которой расположены две молекулы воды, а в плоскости ― две мондентатные молекулы мочевины и три бидентатно-хелатирующие нитратные группы, ориентированные перпендикулярно плоскости бипирамиды. Координационное число эрбия равно 9, координационный полиэдр ― искаженная трехшапочная тригональная призма.

Выводы

Выводы. При переходе от гадолиния к эрбию наблюдается координация одной молекулы мочевины вместо двух, координационное число уменьшается от 10 до 9. В комплексе индия координационное число равно шести; в отличие от комплексов гадолиния и эрбия комплексный катион не содержит воды, а нитратные группы являются не бидентатными, а монодентатными.

нитрат индиянитрат гадолиниянитрат эрбиякарбамидкомплексыкристаллическая структурарентгеноструктурный анализindium nitrategadolinium nitrateerbium nitrateureacomplexescrystal structureX-ray diffraction analysisРабота выполнена с использованием оборудования ЦКП РТУ МИРЭА, ЦКП ФМИ ИОНХ РАН и ЦКП «ИРЕА-Курчатовский институт» при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.The study was performed using the equipment of the Center for Shared Use at the MIREA – Russian Technological University, the Research Equipment Sharing Center of Physical Methods for Studying Substances and Materials at the Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, and the Center for Shared Use at the Kurchatov Institute National Research Center—IREA with the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.ReferencesVarma A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Manukyan K.V. Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials. Chem. Rev. 2016,116(23):14493–14586. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279Varma A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Manukyan K.V. Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials. Chem. Rev. 2016,116(23):14493–14586. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279Stojanovic B.D., Dzunuzovic A.S., Ilic N.I. Review of methods for the preparation of magnetic metal oxides. In: Magnetic Ferroelectric, and Multiferroic Metal Oxides. 2018. P. 333–360. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811180-2.00017-7Stojanovic B.D., Dzunuzovic A.S., Ilic N.I. Review of methods for the preparation of magnetic metal oxides. In: Magnetic Ferroelectric, and Multiferroic Metal Oxides. 2018. P. 333–360. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811180-2.00017-7Zhuravlev V.D., Bamburov V.G., Beketov A.R., Perelyaeva L.A., Baklanova I.V., Sivtsova O.V., Vasil’ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G. Solution combustion synthesis of α-Al2O3 using urea. Ceram. Int. 2013;39(2):1379–1384. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.07.078Zhuravlev V.D., Bamburov V.G., Beketov A.R., Perelyaeva L.A., Baklanova I.V., Sivtsova O.V., Vasil’ev V.G., Vladimirova E.V., Shevchenko V.G., Grigorov I.G. Solution combustion synthesis of α-Al2O3 using urea. Ceram. Int. 2013;39(2):1379–1384. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.07.078Abu-Zied B.M. Controlled synthesis of praseodymium oxide nanoparticles obtained by combustion route: Effect of calcination temperature and fuel to oxidizer ratio. Appl. Surf. Sci. 2019;471:246–255. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.12.007Abu-Zied B.M. Controlled synthesis of praseodymium oxide nanoparticles obtained by combustion route: Effect of calcination temperature and fuel to oxidizer ratio. Appl. Surf. Sci. 2019;471:246–255. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.12.007Get’man E.I., Oleksii Yu.A., Radio S.V., Ardanova L.I. Determining the phase stability of luminescent materials based on the solid solutions of oxyorthosilicates (Lu1−xLnx)[(SiO4)0.5O0.5], where Ln = La−Yb. Fine Chem. Technol. 2020;15(5):54–62. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-5-54-62Get’man E.I., Oleksii Yu.A., Radio S.V., Ardanova L.I. Determining the phase stability of luminescent materials based on the solid solutions of oxyorthosilicates (Lu1−xLnx)[(SiO4)0.5O0.5], where Ln = La−Yb. Fine Chem. Technol. 2020;15(5):54–62. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-5-54-62Lupin M.S., Peters G.E. Thermal decomposition of aluminum, iron and manganese complexes of urea. Thermochim. Acta. 1984;73(1–2):79–87. https://doi.org/10.1016/0040-6031(84)85178-3Lupin M.S., Peters G.E. Thermal decomposition of aluminum, iron and manganese complexes of urea. Thermochim. Acta. 1984;73(1–2):79–87. https://doi.org/10.1016/0040-6031(84)85178-3Siekierski S., Salomon M., Mioduski T. (Eds.). Solubilities Data Series. V. 13. Scandium, Yttrium, Lanthanum and Lanthanide Nitrates. London: Pergamon; 1983. 514 p.Siekierski S., Salomon M., Mioduski T. (Eds.). Solubilities Data Series. V. 13. Scandium, Yttrium, Lanthanum and Lanthanide Nitrates. London: Pergamon; 1983. 514 p.Худайбергенова Н., Сулайманкулов К. Системы нитрат гадолиния–карбамид–вода и нитрат иттербия–карбамид–вода при 30°С. Журн. неорган. химии. 1980;25(8):2254–2260.Khudaibergenova N., Sulaimankulov K. Gadolinium nitrate–urea–water and ytterbium nitrate–urea–water systems at 30°C. Russ. J. Inorg. Chem. 1980;25(8):1249–1255. [Original Russian Text: Khudaibergenova N., Sulaimankulov K. Gadolinium nitrate–urea–water and ytterbium nitrate–urea–water systems at 30°C. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii. 1980;25(8):2254–2260 (in Russ.).]Aitimbetov K., Sulaimankulov K.S., Batyuk A.G., Ismailov V. Systems erbium chloride–urea–water and erbium nitrate–urea–water at 30°C. Russ. J. Inorg. Chem. 1975;20(9):1391–1395.Aitimbetov K., Sulaimankulov K.S., Batyuk A.G., Ismailov V. Systems erbium chloride–urea–water and erbium nitrate–urea–water at 30°C. Russ. J. Inorg. Chem. 1975;20(9):1391–1395. [Original Russian Text: Aitimbetov K., Sulaimankulov K.S., Batyuk A.G., Ismailov V. Systems erbium chloride–urea– water and erbium nitrate–urea–water at 30°C. Zhurnal Neorganicheskoi Khimii. 1975;20(9):2510–2515 (in Russ.).]Savinkina E.V., Karavaev I.A., Grigoriev M.S., Buzanov G.A., Davydova M.N. A series of urea complexes with rare-earth nitrates: Synthesis, structure and thermal decomposition. Inorg. Chim. Acta. 2022;532:120759. https://doi.org/10.1016/j.ica.2021.120759Savinkina E.V., Karavaev I.A., Grigoriev M.S., Buzanov G.A., Davydova M.N. A series of urea complexes with rare-earth nitrates: Synthesis, structure and thermal decomposition. Inorg. Chim. Acta. 2022;532:120759. https://doi.org/10.1016/j.ica.2021.120759Караваев И.А., Савинкина Е.В., Григорьев М.С., Бузанов Г.А., Козерожец И.В. Новые координационные соединения нитрата скандия с карбамидом – предшественники для получения наноразмерного оксида скандия. Журн. неорган. химии. 2022;67(8):1080–1086. https://doi.org/10.31857/S0044457X22080189Karavaev I.A., Savinkina E.V., Grigor’ev M.S., Buzanov G.A., Kozerozhets I.V. New Coordination Compounds of Scandium Nitrate with Carbamide: Precursors for the Preparation of Nanosized Scandium Oxide. Russ. J. Inorg. Chem. 2022;67(8):1178–1183. https://doi.org/10.1134/S0036023622080186 [Original Russian Text: Karavaev I.A., Savinkina E.V., Grigor’ev M.S., Buzanov G.A., Kozerozhets I.V. New Coordination Compounds of Scandium Nitrate with Carbamide: Precursors for the Preparation of Nanosized Scandium Oxide. Zhurnal neorganicheskoi khimii. 2022;67(8):1178–1183 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S0044457X22080189 ]Savinkina E.V., Karavaev I.A., Grigoriev M.S. Crystal structures of praseodymium nitrate complexes with urea, precursors for solution combustion synthesis of nanoscale praseodymium oxides. Polyhedron. 2020;192:114875. https://doi.org/10.1016/j.poly.2020.114875Savinkina E.V., Karavaev I.A., Grigoriev M.S. Crystal structures of praseodymium nitrate complexes with urea, precursors for solution combustion synthesis of nanoscale praseodymium oxides. Polyhedron. 2020;192:114875. https://doi.org/10.1016/j.poly.2020.114875Sanctis S., Hoffmann R.C., Koslowski N., Foro S., Bruns M., Schneider J.J. Aqueous Solution Processing of Combustible Precursor Compounds into Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO) Semiconductors for Thin Film Transistor Applications. Chem. Asian J. 2018;13:3912. https://doi.org/10.1002/asia.201801371Sanctis S., Hoffmann R.C., Koslowski N., Foro S., Bruns M., Schneider J.J. Aqueous Solution Processing of Combustible Precursor Compounds into Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO) Semiconductors for Thin Film Transistor Applications. Chem. Asian J. 2018;13:3912. https://doi.org/10.1002/asia.201801371Ullah S., Branquinho R., Mateus T., Martins R., Fortunato E., Rasheed T., Sher F. Solution Combustion Synthesis of Transparent Conducting Thin Films for Sustainable Photovoltaic Applications. Sustainability. 2020,12:10423. https://doi.org/10.3390/su122410423Ullah S., Branquinho R., Mateus T., Martins R., Fortunato E., Rasheed T., Sher F. Solution Combustion Synthesis of Transparent Conducting Thin Films for Sustainable Photovoltaic Applications. Sustainability. 2020,12:10423. https://doi.org/10.3390/su122410423

The authors declare that there are no conflicts of interest present.