Natriumboorhydride (NaBH4) structuur, eigenschappen, gebruik

De natriumboorhydride is een anorganische vaste stof waarvan de chemische formule NaBH is₄. Het kan als representatief worden beschouwd voor de alkaliboorhydriden en is de meest voorkomende hiervan. Het is een witte kristallijne vaste stof.

Bij contact met water, NaBH₄ kan warmte en waterstof genereren H_twee die brandbaar is, dus er moet voorzichtig mee worden omgegaan. Vanwege het gemak waarmee het hydride-ionen H kan genereren^-, natriumboorhydride is een matig reducerende verbinding en wordt daarom veel gebruikt in chemische reacties voor dit doel.

De reducerende eigenschap wordt ook gebruikt in de papierindustrie, omdat het de helderheid en stabiliteit van pulp en papier verbetert door de oxidatie van cellulose, het hoofdbestanddeel van papier, tegen te gaan..

Omdat het in aanwezigheid van water gemakkelijk waterstof kan vormen, is ook de mogelijkheid onderzocht om het als omkeerbare waterstofbron in brandstofcellen te gebruiken..

Het heeft andere toepassingen, allemaal gebaseerd op zijn reducerende eigenschappen, zoals in de farmaceutische industrie.

Artikel index

• 1 Structuur
• 2 Nomenclatuur
• 3 Fysieke eigenschappen
  • 3.1 Fysieke toestand
  • 3.2 Molecuulgewicht
  • 3.3 Zelfontbrandingstemperatuur
  • 3.4 Ontledingstemperatuur
  • 3.5 Dichtheid
  • 3.6 Oplosbaarheid
• 4 Chemische eigenschappen
• 5 Risico's
• 6 Verkrijgen
• 7 toepassingen
  • 7.1 Bij reductiechemische reacties
  • 7.2 Bij de productie van H2 in brandstofcellen
  • 7.3 In de pulp- en papierindustrie
  • 7.4 In verschillende toepassingen
• 8 referenties

Structuur

Natriumboorhydride is een ionische verbinding. Het wordt gevormd door het boorhydride-anion [BH₄​^- gehecht aan het natriumkation Na⁺.

Het anion [BH₄​^- is tetraëdrisch.

De Lewis-structuur is als volgt:

Nomenclatuur

-Natriumboorhydride

-Natriumtetrahydroboraat

-Natriumtetrahydruroboraat

Fysieke eigenschappen

Fysieke toestand

Stevig wit kristallijn.

Molecuulgewicht

37,84 g / mol

Zelfontbranding temperatuur

∼ 220 ºC

Ontledingstemperatuur

> 250 ºC

Dichtheid

1,074 g / cm³ bij 20 ºC

Oplosbaarheid

De NaBH₄ het is goed oplosbaar in water (55 g / 100 ml bij 25 ºC), waar het gedeeltelijk wordt gehydrolyseerd. Het is oplosbaar in tetrahydrofuran (THF) en is onoplosbaar in diethylether.

Chemische eigenschappen

Natriumboorhydride lost op in water, waar het de eerste ontleding of hydrolyse ondergaat waardoor de oplossing basisch wordt en verdere hydrolyse wordt voorkomen..

[BH₄​^- + H._tweeO → B (OH)₃ + H._twee↑ + OH^-

Dit wordt verklaard doordat de [BH₄​^- interageert met de H⁺ van het water, waar de H⁺ neemt een hydride-anion H^- om H te vormen_twee. Men kan zeggen dat de BH₃ concurreren met de H⁺ door het hydride-ion H^-.

In een zuur milieu is de hydrolyse voltooid vanwege de overvloed aan H-ionen⁺.

De NaBH₄ het is stabiel in droge lucht. Het is niet vluchtig.

Vanwege het gehalte aan hydride-ionen is natriumboorhydride een reducerende verbinding. Het maakt het mogelijk om de carbonylgroep C = O te reduceren tot C-OH, dat wil zeggen carbonylverbindingen tot alcoholen.

De NaBH₄ Op zichzelf reduceert het de C = C dubbele bindingen niet, zelfs niet die geconjugeerd met carbonylgroepen -C = C-C (= O)-.

Bij contact met protonische zuren (zoals HCl) of Lewis-zuren (zoals BCl₃ of AlCl₃) diboraan B wordt gevormd_tweeH.₆. En als deze reactie wordt uitgevoerd in aanwezigheid van organische verbindingen met C = C dubbele bindingen, diboraan B_tweeH.₆ voert de hydroboratie hiervan uit.

In aanwezigheid van geschikte katalysatoren en specifieke omstandigheden kan natriumboorhydride verschillende soorten functionele groepen verminderen.

Risico's

De warmte van de hydrolysereactie in water is voldoende om de waterstof die erin wordt gevormd te doen ontbranden. Het is dus belangrijk om voorzichtig te zijn bij het hanteren ervan.

De NaBH₄ het wordt gemakkelijk ontstoken en brandt gemakkelijk.

Het verkrijgen van

De typische NaBH-bereidingsreactie₄ is door middel van natriumhydride NaH en B (OCH₃​₃ bij een temperatuur van ongeveer 250 ºC:

4 NaH + B (OCH₃​₃ → NaBH₄ + 3 NaOCH₃

Toepassingen

Bij reductie van chemische reacties

Omdat het een bron is van H-ionen^-, de NaBH₄ Het is een reducerende verbinding en wordt gebruikt om andere chemische verbindingen te bereiden. Hiervoor wordt het gebruikt in aprotische polaire oplosmiddelen, dat wil zeggen zonder H-protonen⁺, zoals dimethylsulfoxide, hexamethylfosforamide en dimethylformamide.

Het wordt gebruikt als reductiemiddel in zowel organische als anorganische chemische reacties..

Hiermee kunnen aldehyden worden gereduceerd tot primaire alcoholen en ketonen tot secundaire alcoholen.

Het reduceert ook alkylhalogeniden tot koolwaterstoffen zoals jododecaan tot decaan, broomoundecaanzuur tot undecaanzuur en chloordodecaan tot dodecaan..

Als het alleen werkt, heeft het bij het uitvoeren van de reductie geen invloed op andere functionele groepen zoals ester, carbonzuur, nitril en sulfon.

Zijn eigenschap om de dubbele C = C-bindingen niet te verminderen, zelfs niet die geconjugeerd met carbonylgroepen -C = C-C (= O) -, maakt het mogelijk om onverzadigde alcoholen -C = C-CH te bereiden_twee-Oh.

Om genitreerde aromatische verbindingen tot hun overeenkomstige anilinen te reduceren, is de aanwezigheid van katalysatoren zoals kobalt of tinchloride vereist. Reduceert disulfiden tot thiolen.

In aanwezigheid van geschikte omstandigheden en katalysatoren kan het carbonzuren, esters, amiden, nitrilen, iminen, epoxiden en zelfs dubbele en drievoudige bindingen verminderen.

Bij de productie van H_twee in brandstofcellen

De NaBH₄ kan worden omgezet in een brandstofcel.

De NaBH₄ in aanwezigheid van een alkalische oplossing van KOH of NaOH hydrolyseert het en produceert waterstof H_twee die kan worden gebruikt als brandstof in een polymeer-elektrolyt-brandstofcel.

Het is ook onderzocht als opslagmateriaal voor H_twee omkeerbaar.

NaBH-nanodeeltjes worden gesynthetiseerd₄ en gestabiliseerd met een oppervlakte-actieve stof. Na behandeling met NiCl_twee er wordt een beschermende laag of coating gevormd die de afgifte van H regelt_twee volledig omkeerbaar.

Dit nieuwe nanometrische materiaal zou het gebruik van H. mogelijk maken_twee als schone en hernieuwbare brandstof.

In de pulp- en papierindustrie

Natriumboorhydride wordt gebruikt om de glans en andere fysische eigenschappen van pulp en papier te verbeteren..

De afbraak van de cellulosematrix van het papier vindt plaats door middel van complexe processen waarbij oxidatie betrokken is. Hydroxylgroepen worden geoxideerd tot carbonyl en carboxyl, dit leidt tot verkleuring van het papier en een afname van de fysische eigenschappen..

Bij het behandelen van pulp of papier met NaBH₄, Dit reduceert aldehyden en ketonen tot -OH-groepen zonder de zure carboxylgroepen aan te tasten, waardoor de stabiliteit en glans bij hogere waarden dan de aanvankelijke waarden worden verbeterd..

In verschillende toepassingen

Natriumboorhydride wordt gebruikt voor de behandeling van afvalwater, als smaakversterker in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie, als coatingmiddel en voor oppervlaktebehandeling, bij de tabaksproductie, in de farmaceutische, textiel- en industriële industrieën..

Referenties

1. Christian, M.L. en Aguey-Zinsou, K.-F. (2012). Core-Shell-strategie die leidt tot hoge omkeerbare waterstofopslagcapaciteit voor NaBH₄. ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Opgehaald van pubs.acs.org.
2. Nora de Souza, M.V. en Alves V., T.R. (2006). Recente methodologieën gemedieerd door natriumboorhydride bij de reductie van verschillende klassen van verbindingen. App. Organometaal. Chem.2006; 20: 798-810. Hersteld van onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). Vermindering. Natriumboorhydride. In uitgebreide organische synthese. Opgehaald van sciencedirect.com.
4. Tang, L.C. (1986) Stabilisatie van papier door behandeling met natriumboorhydride. In historische textiel- en papiermaterialen. Hoofdstuk 24. Pagina's 427-441. Advances in Chemistry, jaargang 212. Opgehaald van pubs.acs.org.
5. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
6. Morrison, Robert Thornton; en Boyd, Robert Neilson. 1992. Organic Chemistry. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. ONS. Nationale bibliotheek van geneeskunde. (2019). Natriumboorhydride. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.