vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2025-3-217-223vguit-3720Research ArticleХимическая технологияFundamental and Applied chemistry, chemical technologyСинтез трифторметансульфоната висмутаSynthesis of Bismuth Trifluoromethanesulfonatehttps://orcid.org/0000-0002-6331-554xПлотниковаС. Е.PlotnikovaS. E.

к.х.н., доцент, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Chem.), assistant professor, inorganic chemistry and chemical technology department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

burkovasweta@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3550-0115ГорбуноваЕ. М.GorbunovaE. M.

к.х.н., доцент, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Chem.), assistant professor, inorganic chemistry and chemical technology department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

gorbunova_elena2024@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7887-3061НифталиевС. И.NiftalievS. I.

д.х.н., профессор, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Dr. Sci. (Chem.), professor, inorganic chemistry and chemical technology department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

niftaliev@mail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6666-6292КузнецоваИ. В.KuznetsovaI. V.

степень, должность, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

Cand. Sci. (Chem), assistant professor, inorganic chemistry and chemical technology department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

kuznetsovaiv@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-5197-4765ЛучкоА. М.LuchkoA. M.

студент, кафедра неорганической химии и химической технологии, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

student, inorganic chemistry and chemical technology department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

am.luchko@mail.ruВоронежский государственный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering TechnologiesВоронежский государственный университет инженерных технологийVoronezh State University of Engineering Technologies202517122025873217223Copyright © Плотникова С.Е., Горбунова Е.М., Нифталиев С.И., Кузнецова И.В., Лучко А.М., 20252025Плотникова С.Е., Горбунова Е.М., Нифталиев С.И., Кузнецова И.В., Лучко А.М.Plotnikova S.E., Gorbunova E.M., Niftaliev S.I., Kuznetsova I.V., Luchko A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3720

Трифторметансульфонат висмута (III), называемый также трифлатом висмута, является экономичным, эффективным и экологически чистым катализатором синтеза органических продуктов. Трифлат висмута в России в настоящее время не производят, поэтому разработка технологии получения трифлата висмута является актуальной задачей. Трифлат висмута получали двумя способами - взаимодействием гидроксида висмута или оксида висмута с трифторметансульфоновой (трифликовой) кислотой. Получение трифлата висмута из гидроксида висмута является длительным процессом, который не протекает до конца и имеет выход не более 64 %. Оксид висмута, полученный термическим разложением гидроксида висмута, имеет несколько полиморфных модификаций. Нагревание проводили до 750 °С и охлаждали в течение 8 часов. Полученный таким образом γ-оксид висмута растворяется в трифликовой кислоте в течение 2 часов и образует растворы высокой концентрации. Определены значения растворимости трифлата висмута при различной кислотнотности раствора. Рентгенографическим исследованием. установлено, что образуется ноногидраттрифлата висмута - кристаллы игольчатой формы. α-фаза оксида висмута, полученная разложением гидроксида висмута при 450 °С, не растворялась в кислоте полностью. Процесс проводили в течение 4 часов, выход продукта 92 %. Образующиеся кристаллы бипирамидальной формы исследовали методом дифференциального термического анализа, который показал, что кристаллы представляют собой пентагидрат трифлата висмута, теряющий кристаллизационную воду в интервале температур 64–130 °С. До 320 °С вещество является термически устойчивым. При температуре 327 °С происходит плавление с разложением, что сопровождается образованием оксосульфатов висмута. По данным рентгенографической дифракции установлен состав образующихся фаз - Bi28O32(SO4)10 и Bi34.7O100S16. При дальнейшем нагревании до 380 °С разложение оксосульфатов висмута приводит к образованию устойчивой моноклинной модификации оксида висмута α-Bi2O3.

Bismuth (III) trifluoromethanesulfonate, also known as bismuth triflate, is an economical, efficient, and environmentally friendly catalyst for the synthesis of organic products. Currently, bismuth triflate is not produced in Russia, so developing a technology for producing bismuth triflate is an important task. Bismuth triflate can be obtained using two methods: by reacting bismuth hydroxide with triflic acid, and by reacting bismuth oxide with triflic acid. The production of bismuth triflate from bismuth hydroxide is a long process that does not proceed to the end and has a yield of no more than 40%. The bismuth oxide obtained by thermal decomposition of bismuth hydroxide has several polymorphic modifications. Heating was carried out to 750 °C and cooled for 8 hours. The γ-bismuth oxide obtained in this way is dissolved in triflic acid for 2 hours and forms high-concentration solutions. The solubility values of bismuth triflate were determined at different acidity levels. X-ray analysis showed that bismuth nonahydrate triflate formed needle-like crystals. The α-phase of bismuth oxide obtained by decomposition of bismuth hydroxide at 450 °C did not dissolve completely in the acid. The process was carried out for 4 hours, and the yield was 92%. The resulting crystals of a bipyramidal shape were studied by differential thermal analysis, which showed that the crystals are pentahydrate of bismuth triflate, which loses crystallization water in the temperature range of 64-130 °C. Up to 320 °C, the substance is thermally stable. At a temperature of 327 °C, it melts with decomposition, which is accompanied by the formation of bismuth oxo-sulfates. According to X-ray diffraction data, the composition of the resulting phases is Bi28O32(SO4)10 and Bi34.7O100S16. Further heating to 380 °C leads to the decomposition of bismuth oxo-sulfates, resulting in the formation of the stable monoclinic modification of bismuth oxide, α-Bi2O3.

трифторметансульфонат висмута (III)трифликовая кислотаα-фаза оксида висмута (III)γ-фаза оксида висмута (III)оксосульфат висмутатермический анализвведите здесь ключевые слова на английском языкеReferencesSiddig L.A., Alzard R.H., Nguyen H.L. et al. Cyclic carbonate formation from cycloaddition of CO2 to epoxides over bismuth subgallate photocatalyst // Inorganic Chemistry Communications. 2022. V. 142. P. 109672. doi: 10.1016/j.inoche.2022.109672Siddig L.A., Alzard R.H., Nguyen H.L. et al. Cyclic carbonate formation from cycloaddition of CO2 to epoxides over bismuth subgallate photocatalyst. Inorganic Chemistry Communications. 2022. vol. 142. p. 109672. doi: 10.1016/j.inoche.2022.109672Kumar M., Singh R., Sharma P. et al. Bismuth-catalyzed stereoselective 2-deoxyglycosylation of disarmed/armed glycal donors // Organic Letters. 2022. V. 24. № 2. P. 575–580. doi: 10.1021/acs.orglett.1c04008Kumar M., Singh R., Sharma P. et al. Bismuth-catalyzed stereoselective 2-deoxyglycosylation of disarmed/armed glycal donors. Organic Letters. 2022. vol. 24. no. 2. pp. 575–580. doi: 10.1021/acs.orglett.1c04008Nakate A.K. Lewis acid-catalysed α and π activation triggered cascade annulation reactions of alkynyl alcohols to construct heterocyclic compounds // Tetrahedron Letters. 2023. V. 114. P. 154282.Nakate A.K. Lewis acid-catalysed α and π activation triggered cascade annulation reactions of alkynyl alcohols to construct heterocyclic compounds. Tetrahedron Letters. 2023. vol. 114. p. 154282.Zenebe F.C., Taddesse A.M., Sivasubramanian M. et al. Highly efficient CdS/CeO2/Ag3PO4 nanocomposite as novel heterogenous catalyst for Knoevenagel condensation and acetylation reactions // Heliyon. 2024. V. 10. № 11. P. e31798. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e31798Zenebe F.C., Taddesse A.M., Sivasubramanian M. et al. Highly efficient CdS/CeO2/Ag3PO4 nanocomposite as novel heterogenous catalyst for Knoevenagel condensation and acetylation reactions. Heliyon. 2024. vol. 10. no. 11. p. e31798. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e31798Steber H.B., Singh Y., Demchenko A.V. Bismuth(III) triflate as a novel and efficient activator for glycosyl halides // Organic & Biomolecular Chemistry. 2021. V. 19. № 14. P. 3220–3233. doi: 10.1039/d1ob00093dSteber H.B., Singh Y., Demchenko A.V. Bismuth(III) triflate as a novel and efficient activator for glycosyl halides. Organic & Biomolecular Chemistry. 2021. vol. 19. no. 14. pp. 3220–3233. doi: 10.1039/d1ob00093dТерещенко Д.С., Глазунова Т.Ю., Бузоверов М.Е. и др. Синтез и кристаллическое строение новых трехъядерных фторокарбоксилатных комплексов кобальта(II) и никеля(II) // Координационная химия. 2022. Т. 48. № 9. С. 534–542. doi: 10.31857/s0132344x22090079Tereschenko D.S., Glazunova T.Yu., Buzoverov M.E. et al. Synthesis and crystal structure of new trinuclear fluorocarboxylate complexes of cobalt(II) and nickel(II). Coordination Chemistry. 2022. vol. 48. no. 9. pp. 534–542. doi: 10.31857/s0132344x22090079 (in Russian)Юхин Ю.М., Мищенко К.В., Даминов А.С. Получение растворов солей висмута с предварительным его окислением // Теоретические основы химической технологии. 2017. Т. 51. № 4. С. 470–477. doi: 10.7868/s0040357117040157Yukhin Yu.M., Mishchenko K.V., Daminov A.S. Production of bismuth salt solutions with its preliminary oxidation. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017. vol. 51. no. 4. pp. 470–477. doi: 10.7868/s0040357117040157 (in Russian)Юхин Ю.М., Найденко Е.С., Даминов А.С. и др. Получение соединений висмута для техники и медицины // Химия в интересах устойчивого развития. 2018. Т. 26. № 3. С. 345–351. doi: 10.15372/khur20180309Yukhin Yu.M., Naydenko E.S., Daminov A.S. et al. Production of bismuth compounds for technology and medicine. Chemistry for Sustainable Development. 2018. vol. 26. no. 3. pp. 345–351. doi: 10.15372/khur20180309 (in Russian)Weber M., Schmidt J., Wagner M. et al. Polymorphism and visible-light-driven photocatalysis of doped Bi2O3: M (M= S, Se, and Re) // Inorganic Chemistry. 2022. V. 61. № 3. P. 1571–1589. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c03330Weber M., Schmidt J., Wagner M. et al. Polymorphism and visible-light-driven photocatalysis of doped Bi2O3: M (M= S, Se, and Re). Inorganic Chemistry. 2022. vol. 61. no. 3. pp. 1571–1589. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c03330Плотникова С.Е., Перегудов Ю.С., Горбунова Е.М. и др. Перспективы применения жидких отходов производства кальцинированной соды в качестве хладоносителя на основе тройной системы CaCl2-K2Cr2O7-H2O // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. № 3. С. 233–238. doi: 10.20914/2310-1202-2020-233-238Plotnikova S.E., Peregudov Yu.S., Gorbunova E.M. et al. Prospects for the use of liquid waste from the production of soda ash as a refrigerant based on the CaCl2-K2Cr2O7-H2O ternary system. Bulletin of VSUET. 2020. vol. 82. no. 3. pp. 233–238. doi: 10.20914/2310-1202-2020-233-238 (in Russian)Плотникова С.Е., Горбунова Е.М., Нифталиев С.И. и др. Исследование фазовых равновесий в водно-солевых системах, содержащих компоненты молочной сыворотки // Вестник ВГУИТ. 2023. Т. 85. № 4. С. 139–144. doi: 10.20914/2310-1202-2023-4-139-144Plotnikova S.E., Gorbunova E.M., Niftaliev S.I. et al. Study of phase equilibria in water-salt systems containing components of whey. Bulletin of VSUET. 2023. vol. 85. no. 4. pp. 139–144. doi: 10.20914/2310-1202-2023-4-139-144 (in Russian)Leng D., Wang T., Du C. et al. Synthesis of β-Bi2O3 nanoparticles via the oxidation of Bi nanoparticles: Size, shape and polymorph control, anisotropic thermal expansion, and visible-light photocatalytic activity // Ceramics International. 2022. V. 48. № 13. P. 18270–18277. doi: 10.1016/j.ceramint.2022.03.085Leng D., Wang T., Du C. et al. Synthesis of β-Bi2O3 nanoparticles via the oxidation of Bi nanoparticles: Size, shape and polymorph control, anisotropic thermal expansion, and visible-light photocatalytic activity. Ceramics International. 2022. vol. 48. no. 13. pp. 18270–18277. doi: 10.1016/j.ceramint.2022.03.085Gandhi A.C., Lai C.Y., Wu K. et al. Phase transformation and room temperature stabilization of various Bi2O3 nano-polymorphs: effect of oxygen-vacancy defects and reduced surface energy due to adsorbed carbon species // Nanoscale. 2020. V. 12. № 47. P. 24119–24137. doi: 10.1039/d0nr06552hGandhi A.C., Lai C.Y., Wu K. et al. Phase transformation and room temperature stabilization of various Bi2O3 nano-polymorphs: effect of oxygen-vacancy defects and reduced surface energy due to adsorbed carbon species. Nanoscale. 2020. vol. 12. no. 47. pp. 24119–24137. doi: 10.1039/d0nr06552hZhao X.G., Malyi O.I., Zunger A. Polymorphous nature of the local structure of δ-Bi2O3 // Physical Review Materials. 2024. V. 8. № 12. P. 125403. doi: 10.1103/physrevmaterials.8.125403Zhao X.G., Malyi O.I., Zunger A. Polymorphous nature of the local structure of δ-Bi2O3. Physical Review Materials. 2024. vol. 8. no. 12. p. 125403. doi: 10.1103/physrevmaterials.8.125403Шарутин В.В., Мосунова Т.В. Синтез, строение и применение арильных соединений висмута // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия. 2020. Т. 12. № 3. С. 7–66.Sharutin V.V., Mosunova T.V. Synthesis, structure and application of aryl bismuth compounds. Bulletin of South Ural State University. Series: Chemistry. 2020. vol. 12. no. 3. pp. 7–66. (in Russian)Икрамова З., Кадиров М., Дадаходзхаева М. и др. Висмут: характеристика элемента и его влияние на организм человека // Современные аспекты развития фундаментальных наук и вопросы их преподавания. 2023. Т. 1. № 1. С. 81–86.Ikramova Z., Kadirov M., Dadakhodzhaeva M. et al. Bismuth: element characteristics and its impact on the human body. Modern aspects of the development of fundamental sciences and issues of their teaching. 2023. vol. 1. no. 1. pp. 81–86. (in Russian)Четверикова Д.К., Юдин А.А. Получение металлического висмута и его структурный анализ // Физическое материаловедение. Актуальные проблемы прочности: сборник материалов X Международной школы и LXIII Международной конференции / Тольятти: 2021.Chetverikova D.K., Yudin A.A. Production of metallic bismuth and its structural analysis. Physical Materials Science. Actual problems of strength: collection of materials of the X International School and LXIII International Conference. Tolyatti: 2021.Юхин Ю.М., Коледова Е.С., Тимакова Е.В. Комплексная переработка металлического висмута с получением оксида // Металлургия цветных, редких и благородных металлов. 2022. С. 231–236.Yukhin Yu.M., Koledova E.S., Timakova E.V. Complex processing of metallic bismuth to obtain oxide. Metallurgy of Non-Ferrous, Rare and Noble Metals. 2022. pp. 231–236. (in Russian)Levitskaia T.G., Chatterjee S., Pourmand A. et al. A review of bismuth (III)-Based materials for remediation of contaminated sites // ACS Earth and Space Chemistry. 2022. V. 6. № 4. P. 883–908. doi: 10.1021/acsearthspacechem.1c00114Levitskaia T.G., Chatterjee S., Pourmand A. et al. A review of bismuth(III)-Based materials for remediation of contaminated sites. ACS Earth and Space Chemistry. 2022. vol. 6. no. 4. pp. 883–908. doi: 10.1021/acsearthspacechem.1c00114Yan H., Hu J., Deng Y.X. et al. Long-life high-voltage all-solid-state batteries enabled by bismuth (III) triflate mediated polymer electrolytes // Chemical Engineering Journal. 2024. V. 484. P. 149516. doi: 10.1016/j.cej.2024.149516Yan H., Hu J., Deng Y.X. et al. Long-life high-voltage all-solid-state batteries enabled by bismuth(III) triflate mediated polymer electrolytes. Chemical Engineering Journal. 2024. vol. 484. p. 149516. doi: 10.1016/j.cej.2024.149516Tian Y., Sakaki S. Theoretical study on bismuth (III) catalysts for synthesis of phenylsulfonyl fluoride: reasons of their catalysis // ACS Catalysis. 2024. V. 14. № 4. P. 2758–2774. doi: 10.1021/acscatal.3c04874Tian Y., Sakaki S. Theoretical study on bismuth(III) catalysts for synthesis of phenylsulfonyl fluoride: reasons of their catalysis. ACS Catalysis. 2024. vol. 14. no. 4. pp. 2758–2774. doi: 10.1021/acscatal.3c04874Planas O., Peciukenas V., Cornella J. Bismuth-catalyzed oxidative coupling of arylboronic acids with triflate and nonaflate salts // Journal of the American Chemical Society. 2020. V. 142. № 26. P. 11382–11387. doi: 10.1021/jacs.0c05343Planas O., Peciukenas V., Cornella J. Bismuth-catalyzed oxidative coupling of arylboronic acids with triflate and nonaflate salts. Journal of the American Chemical Society. 2020. vol. 142. no. 26. pp. 11382–11387. doi: 10.1021/jacs.0c05343

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