Montmorillonite-asulam interactions: I. Catalytic decomposition of asulam adsorbed on H- and Al-Clay

Abstract

The adsorption of the Asulam herbicide (4-aminobenzensulphonyl-methyl-carbamate) by Al- and H-montmorillonite has been studied by IR spectroscopy, thin layer chromatography and chemical analysis. This compound is adsorbed from CCl₄ solution at room temperature through protonation of the NH₂ functional group by the ‘acidic’ water coordinated to the interlayer cation of the clay. After heating the complex at 75°C for 20 h, a hydrogen-bond between the C=O group of the Asulam and the water is established and the organic molecule decomposes to sulphanilic and carbamic acids. If the complex is equilibrated at 100% relative humidity, the carbamic acid becomes unstable, and the IR spectrum shows only the bands typical of the acidic montmorillonite-sulphanilic acid complex. The catalytic properties of the clay surface are demonstrated by comparison with the transformations occuring in the organic molecule on heating in concentrated mineral acids.

Résumé

L'adsorption de l'herbicide Asulam (4-aminobenzosulfonyle-méthylcarbamate) par la montmorillonite à H et à A1 a été étudiée par spectroscopie infrarouge, chromatographie en couche mince et analyse chimique. Ce composé est adsorbé à partir d'une solution dans CCl₄ à température ambiante par protonation du groupe fonctionnel NH₂ par l'eau ‘acide’ correspondant au cation interlaminaire de l'argile. Après chauffage du complexe à 75°C pendant 20 h, une liaison hydrogène est établie entre le groupe C = 0 de l'Asulam et l'eau, et la molécule se décompose en donnant des acides sulfanilique et carbamique. Si le complexe est équilibré à 100% d'humidité relative, l'acide carbamique devient instable, et le spectre infrarouge ne montre que les bandes typiques du complexe montmorillonite acide-acide sulfanilique. Les propriétés catalytiques de la surface d'argile sont démontrées par comparaison avec les transformations qui se produisent dans la molécule organique par chauffage dans des acides minéraux concentrés.

Kurzreferat

Mit Hilfe der IR-Spektroskopie, Dünnschicht-Chromatographie und chemischer Analysen wurde die Adsorbtion von Asulam Herbizid (4-aminobenzensulfonylmethylcarbamat) an A1- und H-Montmorillonit untersucht. Über eine Protonierung der NH₂ funktionellen Gruppe durch das ‘saure’ Wasser, wie es dem Zwischenschichtkation des Tons koordiniert ist, wird diese Verbindung aus CCl₄-Lösung bei Raumtemperatur adsorbiert. Nach Erhitzen des Komplexes auf 75°C für 20 Stunden wird eine Wasserstoffbindung zwischen der C = 0 Gruppe des Asulams und dem Wasser gebildet und das organische Molekül zersetzt sich zu sulfanilitischen und carbonitischen Säuren. Wenn der Komplex bei 100% relativer Feuchtigkeit ins Gleichgewicht gebracht ist, wird die Carbamic-Säure instabil und das IR-SPektrum zeigt nur die typischen Banden des sauren Montmorillonit-sulfanilitischen Säurekomplexes. Die katalytischen Eigenschaften der Tonoberfläche werden durch Vergleich mit den Umwandlungen, wie sie in dem organischen Molekül beim Erhitzen in konzentrierten Mineralsäuren vorkommen, aufgezeigt.

Resumen

Se ha estudiado por espectroscopia de rayos infrarrojos, cromatografia de capa delgada y análisis químico la adsorción del herbicida Asulam (4-aminobencenosulfonilo-metilcarbonato) por A1- y H-montmorillonita. Este compuesto es adsorbido de la solución CCl 4 a la temperatura ambiente por protonación del grupo funcional NH₂ por el agua ácida coordinada con el catión de intercalación de la arcilla. Después de calentar el complejo a 75°C durante 20 h, se establece un enlace de hidrógeno entre el grupo C = 0 del Asulam y el agua y la molécula orgánica se descompone en ácidos sulfanílico y carbámico. Si se equilibra el complejo a 100% de humedad relativa el ácido carbámico se vuelve inestable, y el espectro IR sólo muestra las bandas típicas del complejo montmorillonita ácida-ácido sulfanílico. Se demuestran las propiedades catalíticas de la superficie de la arcilla por comparación con las transformaciones que ocurren en la molécula orgánica al calentarla en ácidos minerales concentrados.