Borowodorek sodu właściwości chemiczne,zastosowania,produkcja

opis

borowodorek sodu jest związkiem nieorganicznym przedstawianym jako biały lub prawie biały drobnokrystaliczny proszek lub bryła. Szybka reakcja z metanolem wytworzy wodór w temperaturze pokojowej. Jest higroskopijny i łatwo rozpływa się po wchłonięciu wody. Temperatura wrzenia: 500 °C (próżnia); temperatura topnienia: 400 °C; Rozpuszczalny w wodzie i niższych alkoholach, amoniak, nierozpuszczalny w eterze, benzenie, węglowodory; Gęstość względna (woda = 1): 1. ,07; borowodorek sodu jest zwykle stosowany jako środek redukujący w syntezie nieorganicznej i organicznej. Borowodorek sodu ma silną selektywną redukcję, będąc w stanie selektywnie zredukować grupę karbonylową do grupy hydroksylowej bez reakcji z podwójnym wiązaniem węgiel-węgiel i reakcją wiązania potrójnego. Niewielka ilość borowodorku sodu może przywrócić nitryl do aldehydu, a nadmiar jest redukowany do aminy.

historia

borowodorek sodu został odkryty przez H. C. Browna i jego szefa Schlesingera w 1942 roku na Uniwersytecie w Chicago., W tym czasie celem badań było zbadanie właściwości kompleksów tlenku węgla i boranu, ale stwierdzono zdolność redukcyjną boranu na organicznym związku karbonylowym. Jednak ze względu na to, że borany są w tym czasie substancjami rzadkimi, nie przysparzały więc wystarczającej uwagi chemików organicznych. Rozwój chemii boranu powinien być zasługą II Wojny Światowej, kiedy Departament Obrony USA potrzebował znaleźć lotne związki uranu o masie cząsteczkowej jak najmniejszej do wzbogacania materiału rozszczepialnego uranu 235. Borowodorek uranu U (BH4) 4 spełnia ten wymóg dość dobrze., Synteza tego związku wymaga użycia wodorku litu. Jednak podaż wodorku litu jest dość ograniczona, więc tańszy wodorek sodu jest używany jako surowiec, a borowodorek sodu został ponownie odkryty w procesie. Później, ze względu na rozwiązanie problemu technicznego dotyczącego przetwarzania sześciofluorku uranu, Ministerstwo Obrony zrezygnowało z planu wzbogacania uranu-235 przez borowodorek uranu, a badania Browna zmieniły sposób ułatwiania wytwarzania borowodorku sodu., Army Signal Corps Company jest zainteresowana zdolnością produkcji wodoru in situ na dużą skalę tego związku. W ramach ich finansowania przeprowadzono badania związane z industrializacją, w wyniku których powstała późniejsza przemysłowa procedura wytwarzania procesu borowodorku sodu: 4NaH + B (OCH3) 3 → NaBH4 + 3naoch3 z dwoma produktami stałymi. Otrzymać czysty borowodorek sodu z rekrystalizacją rozpuszczalnika eterycznego.

powyższe informacje są redagowane przez Chemicalbook Dai Xiongfeng.

zastosowania

borowodorek sodu (NaBH4) jest wszechstronnym środkiem redukującym stosowanym w wielu procesach przemysłowych., Główne zastosowania obejmują syntezę organiczną i farmaceutyczną, Oczyszczanie ścieków i wybielanie masy papierniczej. Borowodorek sodu odgrywa tak istotną rolę w syntezie organicznej. Jest to dobry środek redukujący, który ma stabilną wydajność i selektywną redukcję., Może być stosowany jako środki redukujące aldehydy, ketony i chlorki kwasu; również jako środek spieniający do materiałów z tworzyw sztucznych, środek uwodorniający do wytwarzania dihydrostreptomycyny, związek pośredni do wytwarzania borowodorku potasu, surowce do syntezy boranu, a także środek do oczyszczania przemysłu papierniczego i ścieków zawierających rtęć.
borowodorek sodu zapewnia chemikom organicznym bardzo wygodny i łagodny sposób redukcji aldehydów i ketonów. Wcześniej ludzie zwykle stosują podejście metal / alkohol w celu zmniejszenia związku karbonylowego., Borowodorek sodu umożliwia redukcję karbonylu aldehydów i ketonów w bardzo łagodnych warunkach do produkcji alkoholi pierwszorzędowych i drugorzędowych. Procedura redukcji jest następująca: najpierw rozpuścić podłoże w rozpuszczalniku (zazwyczaj metanolu lub etanolu), a następnie schłodzić łaźnią lodową. Na koniec dodać proszek borowodorku sodu do mieszaniny, aż do zakończenia reakcji. Proces reakcji może być monitorowany za pomocą chromatografii cienkowarstwowej. Jeśli rozpuszczalnik nie jest alkoholem, musimy dodatkowo dostarczyć metanol lub etanol wraz z reakcją., Borowodorek sodu jest środkiem redukującym o średniej wytrzymałości, a tym samym wykazuje dobrą selektywność chemiczną. Redukuje tylko aktywną grupę aldehydową i ketonową karbonylową i nie reaguje z estrem, amidem.,reakcja jonowa

div>

środek redukujący

borowodorek sodu jest stosunkowo łagodny środek redukujący., Ma dobrą skuteczność w redukcji aldehydów i ketonów. Jego powszechnie stosowane rozpuszczalniki obejmują alkohol, tetrahydrofuran, DMF i wodę. Na ogół nie redukuje grupy estrowej, grupy karboksylowej i amidu. Jednak w połączeniu z odpowiednim rozpuszczalnikiem lub katalizowanym przez kwas Lewisa w wysokiej temperaturze może być stosowany do redukcji słabej grupy karbonylowej, takiej jak ester.

łagodnie i wydajnie redukuje aldehydy, ketony . Podstawowe operacje: użyj metanolu lub etanolu jako rozpuszczalnika, aldehyd, związek karbonylowy ketonu zmieszany z borowodorkiem sodu o jakości 1: 1 jest wystarczający., Stopniowa metoda ogrzewania może być stosowana do ogrzewania, na przykład, zacznij od 50 stopni i wykonaj reakcję refluksową po wystarczającym czasie, takim jak 1 godzina; jednocześnie użyj TLC do monitorowania postępu. Reakcja jest na ogół bardzo dokładna. Ogólnie rzecz biorąc, O ile ilość rozpuszczalnika reakcja może uniknąć wystąpienia białej lepkiej pasty po zakończeniu reakcji, to jest w porządku. Nie jest konieczne, aby zachować ściśle suche podczas reakcji; były nawet przypadki, w których woda była używana jako rozpuszczalnik., Na przykład w celu redukcji kwasu formylobenzoesowego, w którym redukuje się formyl (formaldehyd), najpierw zneutralizuj grupę karboksylową wodorotlenkiem sodu, a następnie wykonaj reakcję w wodzie, aby skutecznie zredukować grupę formylową.
borowodorek sodu może szybko rozkładać się uwalniając gaz wodorowy w warunkach kwaśnych, więc nie może reagować w warunkach kwaśnych, ale może być stosowany w warunkach alkalicznych. Borowodorek sodu ulega szybkiemu rozkładowi w celu uwolnienia gazu wodorowego w kontakcie z kwasem, więc nie może on sam redukować kwasu i powinien być stosowany w połączeniu z jodem., Najpierw reaguj z kwasem karboksylowym i dodaj JOD, gdy bańka zatrzyma się, Kontynuuj uwalnianie gazu. Następnie dodaj ester kwasu borowego rozkładany przez chlorowodorek, aby uzyskać alkohol. Uwaga: reakcja powinna być utrzymywana w suchym THF, a THF musi być najpierw refluksem z sodem, aż do uzyskania niebieskiego benzofenonu przed użyciem! W przeciwnym razie kremowanie, zamiast klarownej cieczy, pojawi się podczas reakcji kwasu karboksylowego i borowodorku sodu w.
użyj borowodorku sodu i bezwodnego chlorku cynku (suszonego w temperaturze ponad 200 stopni) do reakcji w bezwodnym THF przez 3 godziny, aby uzyskać borowodorek cynku., Ta mieszanina roztworu nie musi być izolowana i oczyszczana, zanim stanie się borowodorkiem cynku. W przypadku stosowania w celu przywrócenia kwasu karboksylowego lub estru w THF w temperaturze refluksu, wydajność jest dobra, ale mogą wystąpić pewne podwójne wiązania. Na przykład redukcja kwasu cynamonowego spowoduje ułamek produktu o zmniejszonym wiązaniu podwójnym.

toksyczność

kontakt z borowodorkiem sodu powoduje ból gardła, kaszel, tachypnea, ból głowy, ból brzucha, biegunkę, zawroty głowy, przekrwienie spojówek i ból. Stosując go, powinniśmy zapobiegać kurzu, zwiększyć wentylację lub nosić maski ochronne., Należy zwrócić uwagę na ochronę oczu, nosić okulary ochronne zamknięte, i nie jeść, pić i palić w pracy. Szybko opuść scenę po zatruciu, odpocznij na pół na plecach, oddychaj świeżym powietrzem, przepłucz oczy dużą ilością wody, pozbądź się zanieczyszczonej odzieży i wypłucz ciało; jeśli dostanie się do przewodu pokarmowego, natychmiast wypłucz miesiąc, pij dużo wody, aby wywołać wymioty i natychmiast idź do szpitala na leczenie. Nosić filtry ochronne maski, gdy wystąpi wyciek, aby oczyścić wyciek.,

metody produkcji

metoda estru kwasu borowego borowego sodu: wlać kwas borowy i odpowiednią ilość metanolu do kotła destylacyjnego, powoli podgrzewanego w temperaturze 54 °C, aby uzyskać całkowity zwrot 2h. następnie zebrać azeotropową ciecz boranu metylu i roztworu metanolu. Po obróbce cieczy azeotropowej kwasem siarkowym, przy użyciu drobnej destylacji można uzyskać względny czysty produkt. Podawać Wodór sodowy otrzymany w reakcji pomiędzy gazem wodorowym i sodem do zbiornika reakcyjnego kondensacji. Ogrzać mieszając do około 220 °C, a następnie zacząć dodawać ester kwasu borowego., Zatrzymaj ogrzewanie, gdy temperatura osiągnie 260 °C; utrzymuj temperaturę podawania poniżej 280 °C, kontynuuj mieszanie po dodaniu estru kwasu borowego, aby zapewnić dokładną reakcję. Po zakończeniu reakcji schłodzić temperaturę poniżej 100 °C, odwirować w celu uzyskania granulatu produktu kondensacyjnego. Dodać odpowiednią ilość wody do reaktora hydrolizy i powoli przenieść pellet filtra do reaktora hydrolizy, utrzymać temperaturę niższą niż 50 °C, ogrzać do 80 °c po zakończeniu dodawania peletu filtra., Odwirować i oddzielić, przenieść roztwór hydrolizy do naczynia stratyfikacyjnego, aby utrzymać go przez 1 godzinę w celu automatycznego nakładania warstw. Roztwór hydrolizy w dolnej warstwie odpowiada borowodorkowi sodu. Wzór reakcji jest następujący:
H3BO3+3CH3OH→B(OCH3)3+3H2O
2na+H2→2NAH
4nah+B(OCH3)3→NaBH4+3ch3ona

właściwości chemiczne

Borowodorek sodu jest białym, bezwonnym proszkiem lub granulatem. Jest stosowany do bielenia masy drzewnej, jako środek porotwórczy do tworzyw sztucznych oraz jako środek redukujący do aldehydów i ketonów.

właściwości fizyczne

białe sześcienne kryształy; higroskopijne; gęstość 1.,07 g / cm3; rozkłada się powoli w temperaturze około 400°C w próżni lub w wilgotnym powietrzu; rozpuszczalny w wodzie, rozkładający się i rozwijający się wodór; rozpuszczalny również w alkoholach, ciekłym amoniaku, aminach i pirydynie.

zastosowania

Borowodorek sodu jest stosowany jako odczynnik w redukcji aminokwasów i ich pochodnych. Stosowany również w katalizie dehydrogenacji boranu amoniaku.
środek redukujący aldehydy, ketony i zasady Schiff w rozpuszczalnikach niekwaśnych. Redukuje również kwasy, estry, chlorki kwasowe, dwusiarczki, azotyle, aniony nieorganiczne., Dalej stosowany do wytwarzania diboranu, jako środka spieniającego, jako zmiatacza śladów aldehydu, ketonów i nadtlenków w organicznych chemikaliach.
nanokrystaliczne superlatki w roztworze koloidu złota zostały przygotowane metodą indukcji ligandów przy użyciu AuCl3 zredukowanego borowodorkiem sodu.1 Nukleofilowy dodatek jonu wodorkowego z borowodorku sodu jest niedrogą alternatywną metodą reakcji Baylisa-Hillmana na kwasy α-metylocynamonowe.,

preparat

borowodorek sodu otrzymuje się w reakcji wodorku sodu z boranem trimetylu w temperaturze około 250°C: 4 NaH + B(OCH3)3 → NaBH3 + 3naoch3
ponadto borowodorek sodu może być wytwarzany przez przepuszczenie diboranu, B2H6, przez roztwór metylanu sodu, NaOCH3, w metanolu: 2b2h6 + 3naoch3→ 3NABH3 + B(OCH3)3
alternatywnie , diboran może być przepuszcza się przez roztwór tetrametoksyborowodorku sodu w niskich temperaturach: 3 NAB(och3)3 + 2b2h6 → 3nabh3 + 4B(och3)3.

metody produkcji

wodorosiarczan sodu jest produktem ubocznym wytwarzania siarczanu sodu., Jeden proces polega na reakcji kwasu siarkowego z azotanem sodu w wysokiej temperaturze, tworząc kwas azotowy i wodorosiarczan sodu: NaNO3 + H2SO3 → NaHSO4 + HNO3 (g)
w powyższej reakcji kwas azotowy otrzymuje się jako parę. Jest on oczyszczany z systemu i gromadzony w wodzie w celu uzyskania roztworu kwasu azotowego o pożądanym stężeniu. Wodorosiarczan sodu jest oddzielany przez krystalizację frakcyjną.

Opis ogólny

borowodorek sodu jest krystalicznym proszkiem o barwie od białej do szarawej. Borowodorek sodu jest rozkładany przez wodę, tworząc wodorotlenek sodu, materiał żrący, i wodór, łatwopalny gaz., Ciepło tej reakcji może być wystarczające do zapłonu wodoru. Sam materiał jest łatwo zapalany i pali się energicznie po zapaleniu. Borowodorek sodu jest stosowany do wytwarzania innych chemikaliów, oczyszczania ścieków i do wielu innych zastosowań.

powietrze& reakcje wody

hydroliza generuje wystarczającą ilość ciepła, aby zapalić sąsiedni materiał palny . Rozpuszcza się w wodzie z wyzwoleniem ciepła, może pary i rozprysków. Roztwór jest zasadowy (alkaliczny). Reakcja wody z borowodorkiem uwalnia łatwopalny gaz wodorowy. Borowodorek sodu pali się w powietrzu .,

profil reaktywności

borowodorek sodu jest silnym środkiem redukującym. Baza chemiczna. Pochłania wilgoć łatwo tworząc roztwór żrący. który atakuje aluminium i cynk. Gwałtowna polimeryzacja aldehydu octowego wynika z reakcji aldehydu octowego z materiałami alkalicznymi, takimi jak wodorotlenek sodu. Tlenek wapnia lub wodorotlenek sodu reagują bardzo gwałtownie z pięciotlenkiem fosforu, gdy są inicjowane przez lokalne ogrzewanie . Stosowanie wodorotlenku potasu do suszenia nieczystego tetrahydrofuranu, który zawiera nadtlenki, może być niebezpieczne. Wybuchy miały miejsce w przeszłości., Wodorotlenek sodu zachowuje się podobnie jak wodorotlenek potasu . Zapłon następuje, gdy mieszanina wodorku i kwasu siarkowego nie jest chłodzona. Kontakt glicerolu i borowodorku sodu prowadzi do zapłonu, inne GLIKOLE i metanol są egzotermiczne, ale nie zapalają się.

Zagrożenie

Łatwopalne, niebezpieczne zagrożenie pożarowe.Przechowywać w miejscu niedostępnym dla dzieci.

zagrożenie dla zdrowia

jest lekko żrący dla skóry. Przyjmowanie doustne lub dożylne podawanie substancji stałej lub jej roztworu powodowało wysoką toksyczność u zwierząt.,Połknięcie dawki 160 mg / kg było śmiertelne (NOSH 1986).

zagrożenie pożarowe

zachowanie w pożarze: rozkłada się i wytwarza wysoce łatwopalny gaz wodorowy.

profil bezpieczeństwa

Silne alkaliczne. Silne podrażnienie oczu, skóry i błon śluzowych. Zapala się w powietrzu powyżej 288 ' C po wystawieniu na iskrę. Reakcja potencjalnie wybuchowa z chlorkiem glinu + eterem bis (2-metoksyetylowym). Reaguje z solami rutenu, tworząc stały produkt, który wybucha po dotknięciu lub w kontakcie z wodą., Reaguje z niebezpiecznie wybuchowym gazem wodorowym w kontakcie z alkaliami, wodą i innymi rozpuszczalnikami protic (np. metanol, etanol, glikol etylenowy, fenol), chlorkiem glinu + eterem bis(2metoksyetyl1). Reaguje gwałtownie z bezwodnymi kwasami (np. siarkowym, fosforowym, fluorofosforowym), tworząc diboran. Gwałtowna reakcja egzotermiczna z dimetyloformamidem spowodowała eksplozje przemysłowe. Mieszaniny z kwasem siarkowym mogą się zapalić., Niekompatybilny z palladem, diboranem + eterem bis(2-metoksyetylowym), poliglikolami, dimetyloacetamidem, utleniaczami, solami metali, drobno podzielonymi osadami metalicznymi kobaltu, niklu, miedzi, żelaza i ewentualnie innych metali. Emituje łatwopalne opary w kontakcie z kwaśnymi oparami. Materiały wrażliwe na polimeryzację w warunkach alkalicznych, takie jak akrylonitryl, mogą polimeryzować w kontakcie z borowodorkiem sodu. Unikać przechowywania w szklanych pojemnikach. Po podgrzaniu do rozkładu emituje toksyczne opary NanO. Zobacz też: wodorki, związki boru i związki sodu.,

metody oczyszczania

po dodaniu NaBH4 (10g) do świeżo destylowanego diglyme (120 ml) w suchej kolbie z trzema szyjkami wyposażonej w mieszadło, wlot i wylot azotu, mieszanina jest mieszana przez 30 minut w temperaturze 50o, aż prawie cała substancja stała się rozpuszczona. Mieszanie zostaje zatrzymane, a po osiadnięciu ciała stałego ciecz nadsączona jest wymuszana pod ciśnieniem N2 przez filtr ze szkła spiekanego do suchej kolby. Roztwór schładza się powoli do 0o, a następnie dekantuje z białych igieł, które się rozdzieliły. Kryształy są suszone przez ewakuację przez 4 godziny, aby uzyskać bezwodny NaBH4., Alternatywnie, po filtracji w temperaturze 50o roztwór ogrzewa się w temperaturze 80o przez 2 godziny, aby uzyskać biały osad zasadniczo bezwodnego NaBH4, który jest gromadzony na filtrze ze szkła spiekanego pod N2, a następnie ewakuowany w temperaturze 60o przez 2 godziny . NaBH4 został również skrystalizowany z izopropyloaminy przez rozpuszczenie jej w rozpuszczalniku przy refluxie, chłodzeniu, filtrowaniu i pozwalając, aby roztwór stał w kolbie filtracyjnej podłączonej do pułapki suchego lodu/acetonu. Po przejściu większości rozpuszczalnika do zimnej pułapki kryształy są usuwane za pomocą kleszczy, myte suchym eterem dietylowym i suszone w próżni., Nieco mniej czyste kryształy otrzymywano szybciej za pomocą ekstrakcji Soxhleta tylko niewielką ilością rozpuszczalnika i ekstrakcji przez około 8 godzin. Kryształy powstałe w kolbie są filtrowane, a następnie myte i suszone jak wcześniej. Inne rozpuszczalniki stosowane do krystalizacji to woda i ciekły amoniak.

Utylizacja odpadów

może być niszczona na kilka sposobów. Onemethod jest następujący (Aldrich 1995). Sól lub jej roztwór rozpuszcza się lub rozcieńcza w dużej objętości wody. Rozcieńczony kwas octowy lub aceton jest następnie powoli dodawany do tego roztworu w dobrze wentylowanym miejscu., Wodór wytwarzany z rozkładu borowodorku powinien być starannie odprowadzany. PH jest regulowane do 1. Następnie roztwór pozostaje przezokilka godzin. Następnie jest neutralizowany do 7, arozwój jest następnie odparowywany do suchości.Pozostałości są następnie zakopywane na wysypisku zatwierdzonym do unieszkodliwiania odpadów niebezpiecznych.Borowodorek sodu może zostać zniszczony w laboratorium alternatywnymi metodami wymienionymi dla innych wodorków.