БОРГИДРИД НАТРИЯ (НАБХ4): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Боргидрид натрия представляет собой неорганическое вещество с химической формулой NaBH ₄ . Его можно считать представителем борогидридов щелочных металлов, и он является наиболее распространенным из них. Это белое кристаллическое твердое вещество.

При контакте с водой NaBH ₄ может выделять тепло и горючий водород H ₂ , поэтому с ним следует обращаться осторожно. Из-за легкости, с которой он может генерировать ионы H ^- гидрида , борогидрид натрия является умеренно восстанавливающим соединением и поэтому широко используется в химических реакциях для этой цели.

Боргидрид натрия, NaBH ₄ , твердый. Ондржей Мангл. Источник: Wikimedia Commons.

Его восстанавливающие свойства также используются в бумажной промышленности, поскольку он улучшает характеристики белизны и стабильности целлюлозы и бумаги, препятствуя окислению целлюлозы, основного компонента бумаги.

Поскольку он может легко образовывать водород в присутствии воды, также была исследована возможность его использования в качестве обратимого источника водорода в топливных элементах.

Он имеет другие применения, основанные на его восстанавливающих свойствах, например, в фармацевтической промышленности.

Структура

Боргидрид натрия - ионное соединение. Она образована с помощью борогидрида аниона ^- присоединен к катиону натрия Na ⁺ .

Анион ^- тетраэдрический.

Строение боргидрида натрия. Kemikungen. Источник: Wikimedia Commons.

Его структура Льюиса выглядит следующим образом:

Электронная структура Льюиса NaBH ₄ . Автор: Марилу Стеа.

Номенклатура

-Боргидрид натрия

-Тетрагидроборат натрия

-Тетрагидруроборат натрия

Физические свойства

Физическое состояние

Кристаллическое белое твердое вещество.

Молекулярный вес

37,84 г / моль

температура самовоспламенения

∼ 220 ºC

Температура разложения

> 250 ºC

плотность

1,074 г / см ³ при 20 ºC

Растворимость

NaBH ₄ хорошо растворяется в воде (55 г / 100 мл при 25ºC), где он частично гидролизуется. Он растворим в тетрагидрофуране (THF) и не растворим в диэтиловом эфире.

Химические свойства

Боргидрид натрия растворяется в воде, где он подвергается начальному разложению или гидролизу, что делает раствор основным, предотвращая дальнейший гидролиз.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

Это объясняется тем, что ^- взаимодействует с H ⁺ воды, где H ⁺ принимает гидрид-анион H ^- с образованием H ₂ . Можно сказать, что BH ₃ конкурирует с H ⁺ за гидрид-ион H ^- .

В кислой среде гидролиз завершается из-за обилия ионов H ⁺ .

NaBH ₄ устойчив в сухом воздухе. Не изменчив.

Из-за содержания гидрид-ионов боргидрид натрия является восстанавливающим соединением. Он позволяет восстановить карбонильную группу C = O до C-OH, то есть карбонильные соединения до спиртов.

NaBH ₄ сам по себе не восстанавливает двойные связи C = C, даже те, которые сопряжены с карбонильными группами –C = CC (= O) -.

Однако при контакте с протонными кислотами (такими как HCl) или кислотами Льюиса (такими как BCl ₃ или AlCl ₃ ) _{образуется} диборан B ₂ H ₆ . И если эту реакцию проводят в присутствии органических соединений с двойными связями C = C, диборан B ₂ H ₆ выполняет их гидроборирование.

В присутствии подходящих катализаторов и определенных условий боргидрид натрия может восстанавливать различные типы функциональных групп.

риски

Теплоты реакции гидролиза в воде достаточно для воспламенения образующегося в ней водорода. Поэтому важно соблюдать осторожность при обращении с ним.

NaBH ₄ легко воспламеняется и легко горит.

получение

Типичная реакция получения NaBH ₄ - с гидридом натрия NaH и B (OCH ₃ ) ₃ при температуре около 250 ºC:

4 NaH + B (OCH ₃ ) ₃ → NaBH ₄ + 3 NaOCH ₃

Приложения

В восстановительных химических реакциях

Как источник ионов H ^- NaBH ₄ является восстанавливающим соединением и используется для получения других химических соединений. Для этого он используется в апротонных полярных растворителях, то есть без протонов H ⁺ , таких как диметилсульфоксид, гексаметилфосфорамид и диметилформамид.

Он используется в качестве восстановителя как в органических, так и в неорганических химических реакциях.

Это позволяет восстанавливать альдегиды до первичных спиртов и кетонов до вторичных спиртов.

Он также восстанавливает алкилгалогениды до углеводородов, таких как йододекан до декана, бромундекановая кислота до ундекановой кислоты и хлорододекан до додекана.

Если он действует сам по себе, восстановление не влияет на другие функциональные группы, такие как сложный эфир, карбоновая кислота, нитрил и сульфон.

Его свойство не восстанавливать двойные связи C = C, даже если они сопряжены с карбонильными группами –C = CC (= O) -, позволяет получать ненасыщенные спирты -C = C-CH ₂ -OH.

Для восстановления нитрированных ароматических соединений до соответствующих им анилинов требуется присутствие катализаторов, таких как хлорид кобальта или олова. Восстанавливает дисульфиды до тиолов.

В присутствии подходящих условий и катализаторов он позволяет восстанавливать карбоновые кислоты, сложные эфиры, амиды, нитрилы, имины, эпоксиды и даже двойные и тройные связи.

При производстве H

NaBH ₄ можно превратить в топливный элемент.

NaBH ₄ в присутствии щелочного раствора КОН или NaOH гидролизуется и производит водород H _2, который можно использовать в качестве топлива в топливном элементе с полимерным электролитом.

Он также был исследован как обратимый материал для хранения H ₂ .

Наночастицы NaBH ₄ синтезированы и стабилизированы поверхностно-активным веществом. После обработки NiCl ₂ образуется защитный слой или покрытие, регулирующее высвобождение H ₂ полностью обратимым образом.

Этот новый нанометрический материал позволит использовать H ₂ в качестве чистого топлива, производимого возобновляемым способом.

Автомобиль, работающий на водородных топливных элементах. Доктор Артур Браун (Arturbraun). Источник: Wikimedia Commons.

В целлюлозно-бумажной промышленности

Боргидрид натрия используется для улучшения блеска и других физических свойств целлюлозы и бумаги.

Разрушение целлюлозной матрицы бумаги происходит в результате сложных процессов, которые включают окисление. Гидроксильные группы окисляются до карбонила и карбоксила, это приводит к обесцвечиванию бумаги и снижению ее физических свойств.

Обработка целлюлозы или бумаги NaBH ₄ восстанавливает альдегиды и кетоны до -ОН-групп, не затрагивая кислые карбоксильные группы, улучшая стабильность и блеск при более высоких, чем исходные значения.

NaBH ₄ улучшает блеск бумаги. Автор: Rawpixel. Источник: Pixabay.

В различных применениях

Боргидрид натрия используется для очистки сточных вод, как усилитель вкуса в пищевой промышленности и производстве напитков, как покрывающий агент и для обработки поверхности при производстве табака, в фармацевтической, текстильной и промышленной отраслях. Натуральная кожа.

Ссылки

1. Кристиан М.Л. и Агей-Зинсу К.-Ф. (2012). Стратегия Core-Shell, ведущая к высокой емкости обратимого накопления водорода для NaBH ₄ . ACS Nano 2012, 6, 9, 7739-7751. Восстановлено с pubs.acs.org.
2. Нора де Соуза, М.В. и Алвес В., Т.Р. (2006). Последние методики, опосредованные борогидридом натрия, для восстановления различных классов соединений. Приложение Металлоорганические. Chem.2006; 20: 798-810. Получено с сайта onlinelibrary.wiley.com.
3. Имамото, Т. (1991). Снижение. Боргидрид натрия. В комплексном органическом синтезе. Восстановлено с sciencedirect.com.
4. Тан, Л.К. (1986) Стабилизация бумаги посредством обработки боргидридом натрия. В историческом текстиле и бумажных материалах. Глава 24. Страницы 427-441. Успехи химии, Том 212. Получено с pubs.acs.org.
5. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
6. Моррисон, Роберт Торнтон; и Бойд, Роберт Нилсон. 1992. Органическая химия. Prentice-Hall. ISBN 81-203-0765-8.
7. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Боргидрид натрия. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.