נתרן בורוהידריד (NABH4): מבנה, תכונות, שימושים - כִּימִיָה - 2025

Borohydride נתרן הוא מוצק אורגניים עם הנוסחה הכימית NaBH ₄ . זה יכול להיחשב כמייצג את בורוהידרידים אלקלים והוא הנפוץ ביותר מבין אלה. זהו מוצק גבישי לבן.

כאשר במגע עם מים, NaBH ₄ יכולה לייצר חום ומימן H ₂ שהוא דליק, ולכן יש לטפל בזהירות. בגלל הקלות בה הוא יכול לייצר יוני H ^- hydride , נתרן בורוהידריד הוא תרכובת המפחיתה בינונית ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב בתגובות כימיות לצורך זה.

נתרן בורוהידריד, NaBH ₄ , מוצק. Ondřej Mangl. מקור: Wikimedia Commons.

תכונותיו המקטינות משמשות גם בתעשיית הנייר, שכן היא משפרת את מאפייני הבהירות והיציבות של עיסת נייר ונייר על ידי פעולה נגד חמצון התאית, המרכיב העיקרי בנייר.

מכיוון שהוא יכול בקלות ליצור מימן בנוכחות מים, נבדקה גם האפשרות להשתמש בו כמקור הפיך למימן בתאי דלק.

יש לה שימושים אחרים, כולם על סמך רכושם המקטין, כמו בתעשיית התרופות.

מִבְנֶה

נתרן בורוהידריד הוא תרכובת יונית. זה נוצר על ידי האניון בורוהידריד ^- מחובר לקטיון הנתרן Na ⁺ .

האניון ^- הוא טטרהדראלי.

מבנה נתרן בורוהידריד. קמיקונגן. מקור: Wikimedia Commons.

מבנה לואיס שלה הוא כדלקמן:

מבנה אלקטרוני של לואיס של NaBH ₄ . מחבר: מרילו סטאה.

מִנוּחַ

-סודיום בורוהידרייד

-סודיום טטרהhydroborate

-סודיום טטרהידראובוראט

תכונות גשמיות

מצב פיזי

מוצק לבן גבישי.

משקל מולקולרי

37.84 גרם / מול

טמפרטורת התלקחות

∼ 220 מעלות צלזיוס

טמפרטורת פירוק

> 250 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

1,074 גרם / ס"מ ³ בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס

מְסִיסוּת

NaBH ₄ מסיס למדי במים (55 גרם / 100 מ"ל בחום של 25 מעלות צלזיוס), שם הוא מנוזל באופן חלקי. זה מסיס ב tetrahydrofuran (THF) והוא בלתי מסיס באתיל.

תכונות כימיות

נתרן בורוהידריד מתמוסס במים, שם הוא עובר פירוק או הידרוליזה ראשוניים שהופכים את התמיסה לבסיסית, ומונעת הידרוליזה נוספת.

^- + H ₂ O → B (OH) ₃ + H ₂ ↑ + OH ^-

זה מוסבר מכיוון ש- ^- מתקיים אינטראקציה עם H ⁺ של המים, שם ה- H ⁺ לוקח אניון הידרידי H ^- ליצירת H ₂ . ניתן לומר כי BH ₃ מתחרה עם H ⁺ על יון ההידריד H ^- .

במדיום חומצי ההידרוליזה הושלמה בגלל השפע של יוני H ⁺ .

NaBH ₄ יציב באוויר יבש. זה לא תנודתי.

בשל תכולת יוני ההידריד, נתרן בורוהידריד הוא תרכובת מקטינה. זה מאפשר להפחית את קבוצת הקרבוניל C = O ל- C-OH, כלומר תרכובות קרבוניל לאלכוהולים.

NaBH ₄ כשלעצמו לא מקטין את הקשרים הכפולים C = C, אפילו לא אלה המצורפים לקבוצות קרבוניל –C = CC (= O) -.

עם זאת, על קשר עם חומצות protonic (כגון HCl) או חומצות לואיס (כגון BCL ₃ או AlCl ₃ ), diborane B ₂ H _{6 נוצרת} . ואם תגובה זו מתבצעת בנוכחות תרכובות אורגניות עם קשרים כפולים C = C, הדיבורן B ₂ H ₆ מבצע את ההידרובורציה של אלה.

בנוכחות זרזים מתאימים ותנאים ספציפיים, נתרן בורוהידריד יכול להפחית סוגים שונים של קבוצות פונקציונליות.

סיכונים

החום של תגובת ההידרוליזה במים מספיק בכדי להצית את המימן הנוצר בו. לכן חשוב לנקוט בזהירות בעת הטיפול בו.

NaBH ₄ נדלק בקלות ונשרף בקלות.

להשיג

התגובה הכנה הטיפוסית של NaBH ₄ היא עם נתרן הידריד לאא ו- B (Och ₃ ) ₃ בטמפרטורה של כ 250 מעלות צלזיוס:

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

יישומים

בהפחתת תגובות כימיות

כתוצאה מקור H ^- יונים , NaBH ₄ הוא תרכובת צמצום והוא משמש להכנת תרכובות כימיות אחרות. לשם כך הוא משמש בממסים קוטביים אפרוטיים, כלומר ללא פרוטונים H ⁺ , כגון דימתיל סולפוקסיד, הקסאמתיל-פוספורמיד ודימתילפורמיד.

הוא משמש כחומר הפחתה בתגובות כימיות אורגניות וגם אורגניות.

זה מאפשר להפחית אלדהידים לאלכוהולים ראשוניים וקטונים לאלכוהולים משניים.

זה גם מקטין את ההלידים האלקיליים לפחמימנים כמו יודודקן לדקאן, חומצה ברומונדקנואית לחומצה תת-קנונית, וכלורודודקן לדודקן.

אם הוא פועל לבד, בעת ביצוע ההפחתה זה לא משפיע על קבוצות פונקציונליות אחרות כמו אסטר, חומצה קרבוקסילית, ניטריל וסולפון.

רכושה של אי-הפחתת חוב כפול C = C, אפילו לא אלה מצומדות עם קבוצות קרבוניל -C = CC (= O) -, מאפשר להכין אלכוהול בלתי רווי -C = C-CH ₂ -OH.

כדי להפחית תרכובות ארומטיות חנקניות לאנילינים המתאימים להם, נדרש נוכחות של זרזים כמו קובלט או כלוריד פח. מפחית דיסולפידים לתיולים.

בנוכחות זרזים ותנאים מתאימים הוא מאפשר להפחית חומצות קרבוקסיליות, אסטרים, amides, nitriles, imines, epoxides ואפילו קשרים כפולים ומשולשים.

בייצור H

ניתן להמיר NaBH ₄ לתא דלק.

NaBH ₄ בנוכחות תמיסת KOH או NaOH אלקליין הוא הידרוליזה ומייצר מימן H ₂ שיכול לשמש דלק בתא דלק אלקטרוליט פולימרי.

זה נחקר גם כחומר אחסון הפיך עבור H ₂ .

חלקיקים של NaBH ₄ מסונתזים ומייצבים בעזרת חומר פעילי שטח. לאחר הטיפול ב- NiCl ₂ נוצרת שכבת הגנה או ציפוי המווסתים את שחרורו של H ₂ באופן הפיך לחלוטין.

חומר ננומטרי חדש זה יאפשר שימוש ב- H ₂ כדלק נקי המיוצר בצורה מתחדשת.

רכב מונע על תאי דלק. ד"ר ארטור בראון (ארטורברון). מקור: Wikimedia Commons.

בענף העיסה והנייר

נתרן בורוהידריד משמש לשיפור הברק ותכונות פיסיקליות אחרות של עיסת נייר.

השפלה של המטריצה ​​התאית של הנייר מתרחשת באמצעות תהליכים מורכבים הכרוכים בחמצון. קבוצות הידרוקסיל מתחמצנות לקרבוניל וקרבוקסיל, זה מוביל לשינוי צבעי הנייר ולירידה בתכונותיו הפיזיקליות.

על ידי טיפול עיסת נייר או עם NaBH ₄ , זה מפחית אלדהידים וקטונים לקבוצות -OH מבלי להשפיע על קבוצות קרבוקסיליות חומצי, שיפור יציבות מבריק ב גבוה יותר מאשר ערכים ראשוניים.

NaBH ₄ משפר את הברק של הנייר. מחבר: Rawpixel. מקור: Pixabay.

בשימושים שונים

נתרן בורוהידריד משמש לטיפול בשפכים, כחומר המשפר טעם בתעשיית המזון והמשקאות, כחומר ציפוי ולטיפול פנים, בייצור טבק, בתעשיית התרופות, הטקסטיל והתעשייה. עוֹר.

הפניות

1. כריסטיאן, מ.ל ואוגיי-זינסו, ק.-פ. (2012). אסטרטגיית Core-Shell המובילה לכושר אחסון מימן גבוה להפיך עבור NaBH ₄ . ACS ננו 2012, 6, 9, 7739-7751. התאושש מ- pubs.acs.org.
2. נורה דה סוזה, MV ואלבס V., TR (2006). מתודולוגיות אחרונות המתווכות על ידי נתרן בורוהידריד בהפחתת סוגים שונים של תרכובות. אורגנומטל אפליקציה. Chem. 2006; 20: 798-810. התאושש מ- onlinelibrary.wiley.com.
3. Imamoto, T. (1991). צִמצוּם. סודיום בורוהידרייד. בסינתזה אורגנית מקיפה. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. Tang, LC (1986) ייצוב נייר באמצעות טיפול בנתרן בורוהידריד. בחומרי טקסטיל ונייר היסטוריים. פרק 24. עמודים 427-441. התקדמות בכימיה, כרך 212. התאושש מ- pubs.acs.org.
5. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
6. מוריסון, רוברט ת'ורנטון; ובויד, רוברט נילסון. 1992. כימיה אורגנית. פרנטיס-הול. ISBN 81-203-0765-8.
7. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). סודיום בורוהידרייד. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.