stringtranslate.com

Фторборная кислота

Фторборная кислота или тетрафторборная кислота (архаично, фторборная кислота ) — неорганическое соединение с упрощенной химической формулой H + [ B F 4 ] − . В отличие от других сильных кислот, таких как H 2 SO 4 или HClO 4 , чистой (не содержащей растворителя) тетрафторборной кислоты (точнее, чистого тетрафторбората водорода H[BF 4 ] ) не существует. Термин «фторборная кислота» относится к ряду химических соединений, в зависимости от растворителя. Н + в упрощенной формуле фторборной кислоты представляет собой сольватированный протон . Растворителем может быть любое подходящее основание Льюиса . Например, если растворителем является вода, фторборную кислоту можно представить формулой [H 3 O] + [BF 4 ] - (тетрафторборат оксония), хотя более реалистично, что несколько молекул воды сольватируют протон: [H(H 2 O ) п ] + [BF 4 ] - . Сольват этилового эфира также имеется в продаже, где фторборная кислота может быть представлена ​​формулой [H((CH 3 CH 2 ) 2 O) n ] + [BF 4 ] - , где n, скорее всего, равно 2.

В основном его производят как предшественник других фторборатных солей. [3] Это сильная кислота . Фторборная кислота вызывает коррозию и повреждает кожу. Он доступен коммерчески в виде раствора в воде и других растворителях , таких как диэтиловый эфир . Это сильная кислота со слабокоординирующим неокисляющим сопряженным основанием. [2] Структурно она похожа на хлорную кислоту , но не имеет опасностей, связанных с окислителями .

Структура и производство

Чистый H[BF 4 ] был описан как «несуществующее соединение», поскольку ожидается, что достаточно «голый» протон будет отрывать фторид от иона тетрафторбората с образованием фторида водорода и трифторида бора :

Ч + [БФ 4 ] − → HF + БФ 3

То же самое справедливо и для суперкислот, известных по упрощенным формулам H[PF 6 ] и H[SbF 6 ] . [4] [5] Однако раствор BF 3 в HF является очень кислым, имеет приблизительный вид [H 2 F] + [BF 4 ] - (тетрафторборат фторония) и функцию кислотности Гаммета -16,6 при 7 моль. % BF 3 , легко квалифицируемый как суперкислота. [6] Хотя не содержащий растворителя H[BF 4 ] не был выделен, его сольваты хорошо охарактеризованы. Эти соли состоят из протонированного растворителя в качестве катиона, например, H 3 O + и H 5 O.+2, а тетраэдрический BF−4анион. Анион и катионы имеют прочные водородные связи. [7]

Субъединица кристаллической структуры [H 3 O] + [BF 4 ] — подчеркивает водородную связь между катионом и анионом.

Водные растворы H[BF 4 ] получают растворением борной кислоты в водной плавиковой кислоте . [8] [9] Три эквивалента HF реагируют с образованием промежуточного трифторида бора, а четвертый дает фторборную кислоту:

B(OH) 3 + 4 HF → H 3 O + + BF−4+ 2 Н 2 О

Безводные растворы можно приготовить обработкой водного раствора фторборной кислоты уксусным ангидридом . [10]

Кислотность

Кислотность фторборной кислоты осложняется тем, что ее название относится к ряду различных соединений, например, [H(CH 3 CH 2 ) 2 O] + [BF 4 ] − (тетрафторборат диметилоксония), [H 3 O] + [BF 4 ] − (тетрафторборат оксония) и HF·BF 3 ( аддукт фтороводород - трифторид бора 1:1) – каждый с разной кислотностью. Водное значение p K a указано как -0,44. [3] Титрование [ N((CH 2 ) 3 CH 3 ) 4 ] + [BF 4 ] - (тетрафторборат тетрабутиламмония) в растворе ацетонитрила показывает, что H[BF 4 ] , т.е. HF·BF 3 , имеет ap K a 1,6 в этом растворителе. Таким образом, его кислотность сравнима с кислотностью фторсульфоновой кислоты . [2]

Приложения

Фторборная кислота является основным предшественником фторборатных солей, которые обычно получают путем обработки оксидов металлов фторборной кислотой. Неорганические соли являются промежуточными продуктами при производстве огнезащитных материалов и глазурных фритт , а также при электролитическом получении бора . H[BF 4 ] также используется при травлении алюминия и кислотном травлении.

Органическая химия

H[BF 4 ] используется в качестве катализатора алкилирования и полимеризации . В реакциях защиты углеводов эфирная фторборная кислота является эффективным и экономичным катализатором реакций трансацетилирования и изопропилидирования. Растворы ацетонитрила расщепляют ацетали и некоторые простые эфиры . Многие реакционноспособные катионы были получены с использованием фторборной кислоты, например тетрафторборат тропилия ( C 7 H 7 + [BF 4 ] - ), тетрафторборат трифенилкарбения ( Ph 3 C] + [BF 4 ] - ), тетрафторборат триэтилоксония ( Et 3 O] + [ BF 4 ] - ) и тетрафторборат бензолдиазония ( [PhN 2 ] + [BF 4 ] - ).

Гальваника

Растворы H[BF 4 ] используются при гальванопокрытии олова и оловянных сплавов. В этом применении метансульфоновая кислота заменяет использование H[BF 4 ] . [11] Фторборная кислота также используется для высокоскоростной гальваники меди в фторборатных ваннах. [12]

Безопасность

H[BF 4 ] токсичен и поражает кожу и глаза. Он атакует стекло. [3] Он гидролизуется, выделяя едкий, летучий фторид водорода . [11]

Другие фторборные кислоты

Известен ряд фторборных кислот в водных растворах. Ряд можно представить следующим образом: [13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК . «Номенклатура неорганической химии» . Проверено 8 апреля 2021 г.
  2. ^ abc Кютт, А. и др., «Равновесная кислотность суперкислот», J. Org. хим. 2010, том 76, стр. 391-395. дои :10.1021/jo101409p
  3. ^ abc Грегори К. Фристад, Брюс П. Браншо «Тетрафторборная кислота» E-Eros Энциклопедия реагентов для органического синтеза. дои : 10.1002/047084289X.rt035
  4. ^ Юхас, Марк; Хоффманн, Стефан; Стоянов Евгений; Ким, Ки-Чан; Рид, Кристофер А. (11 октября 2004 г.). «Самая сильная изолируемая кислота». Angewandte Chemie, международное издание . 43 (40): 5352–5355. дои : 10.1002/anie.200460005. ISSN  1433-7851. ПМИД  15468064.
  5. ^ Рид, Кристофер А. (2005). «Карборановые кислоты. Новые «сильные, но мягкие» кислоты для органической и неорганической химии» (PDF) . хим. Коммун. (13): 1669–1677. дои : 10.1039/B415425H. ISSN  1359-7345. ПМИД  15791295.
  6. ^ Ола, Джордж А.; Сурья Пракаш, ГК; Соммер, Жан; Мольнар, Арпад (3 февраля 2009 г.). Суперкислотная химия . Ола, Джордж А. (Джордж Эндрю), 1927–2017 гг., Ола, Джордж А. (Джордж Эндрю), 1927–2017 гг. (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси ISBN 9780471596684. ОСЛК  191809598.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  7. ^ Моотц, Д.; Штеффен, М. «Кристаллические структуры кислых гидратов и оксониевых солей. XX. Тетрафторбораты оксония H 3 OBF 4 , [H 5 O 2 ]BF 4 и [H(CH 3 OH) 2 ]BF 4 », Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie 1981, том. 482, стр. 193-200. дои : 10.1002/zaac.19814821124
  8. ^ Браттон, Р.Дж.; Вебер, CJ; Гвиберт, ЧР; Литтл, Дж. Л. «Соединения бора». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a04_309. ISBN 978-3527306732.
  9. ^ Наводнение, DT (1933). «Фторбензол» (PDF) . Органические синтезы . 13 : 46; Сборник томов , т. 2, с. 295.
  10. ^ Вудл, Ф.; Каплан, М.Л., «2,2'-би-L,3-дитиолиден (тетратиафульвален, TTF) и его катион-радикальные соли» Inorg. Синтез. 1979, вып. 19, 27. дои :10.1002/9780470132500.ch7
  11. ^ Аб Баладжи, Р.; Пушпаванам, Малати (2003). «Метансульфоновая кислота в гальванических отраслях отделки металлов». Операции МВФ . 81 (5): 154–158. дои : 10.1080/00202967.2003.11871526. S2CID  91584456.
  12. ↑ Бараускас, Ромуальдас «Рон» (1 января 2000 г.). «Меднение». Металлическая отделка . 98 (1): 234–247. doi : 10.1016/S0026-0576(00)80330-X. ISSN  0026-0576 . Проверено 21 июля 2022 г.
  13. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки