Хлорид алюминия , также известный как трихлорид алюминия , представляет собой неорганическое соединение с формулой AlCl 3 . Он образует гексагидрат с формулой [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 , содержащий шесть молекул гидратной воды . И безводная форма, и гексагидрат представляют собой бесцветные кристаллы, но образцы часто загрязнены хлоридом железа (III) , что придает им желтый цвет.
Безводная форма важна с коммерческой точки зрения. Имеет низкую температуру плавления и кипения. В основном он производится и потребляется при производстве металлического алюминия, но в больших количествах используется и в других областях химической промышленности. [7] Это соединение часто называют кислотой Льюиса . Это пример неорганического соединения , которое обратимо превращается из полимера в мономер при умеренной температуре.
AlCl 3 принимает три структуры в зависимости от температуры и состояния (твердое, жидкое, газообразное). Твердый AlCl 3 имеет листовидную слоистую структуру с кубическими плотноупакованными хлорид-ионами. В этой структуре центры Al демонстрируют октаэдрическую координационную геометрию . [8] Хлорид иттрия(III) имеет ту же структуру, что и ряд других соединений. Когда трихлорид алюминия находится в расплавленном состоянии, он существует в виде димера Al 2 Cl 6 с тетракоординированным алюминием. Такое изменение структуры связано с меньшей плотностью жидкой фазы (1,78 г/см 3 ) по сравнению с твердым трихлоридом алюминия (2,48 г/см 3 ). Димеры Al 2 Cl 6 обнаруживаются также в паровой фазе . При более высоких температурах димеры Al 2 Cl 6 диссоциируют на тригональный планарный мономер AlCl 3 , структурно аналогичный BF 3 . Расплав плохо проводит электричество [9] в отличие от более ионных галогенидов , таких как хлорид натрия .
Мономер хлорида алюминия принадлежит к точечной группе D 3h в мономерной форме и D 2h в димерной форме.
Гексагидрат состоит из октаэдрических катионных центров [Al(H 2 O) 6 ] 3+ и хлорид- анионов ( Cl- ) в качестве противоионов . Водородные связи связывают катион и анионы. [10] Гидратированная форма хлорида алюминия имеет октаэдрическую молекулярную геометрию, при этом центральный ион алюминия окружен шестью молекулами водного лиганда . Будучи координационно насыщенным, гидрат имеет мало ценности в качестве катализатора алкилирования Фриделя -Крафтса и родственных реакций.
AlCl 3 представляет собой обычный катализатор на основе кислоты Льюиса для реакций Фриделя-Крафтса , как ацилирования, так и алкилирования. [11] Важными продуктами являются моющие средства и этилбензол . Эти типы реакций являются основным применением хлорида алюминия, например, при получении антрахинона (используемого в промышленности красителей ) из бензола и фосгена . [9] В общей реакции Фриделя-Крафтса ацилхлорид или алкилгалогенид реагирует с ароматической системой, как показано: [11]
Реакция алкилирования используется более широко, чем реакция ацилирования , хотя ее практика более сложна с технической точки зрения. Для обеих реакций хлорид алюминия, а также другие материалы и оборудование должны быть сухими, хотя для протекания реакции необходимо наличие небольшого количества влаги. [12] Подробные процедуры доступны для алкилирования [13] и ацилирования [14] [15] аренов.
Общая проблема реакции Фриделя-Крафтса заключается в том, что катализатор из хлорида алюминия иногда требуется в полных стехиометрических количествах, поскольку он образует сильные комплексы с продуктами. Это осложнение иногда приводит к образованию большого количества коррозийных отходов. По этим и подобным причинам использование хлорида алюминия часто заменяется цеолитами . [7]
Хлорид алюминия также можно использовать для введения альдегидных групп в ароматические кольца, например, с помощью реакции Гаттермана-Коха , в которой используются окись углерода , хлористый водород и сокатализатор хлорид меди (I) . [16]
Хлорид алюминия находит множество других применений в органической химии . [17] Например, он может катализировать еновую реакцию , такую как присоединение 3-бутен-2-она (метилвинилкетона) к карвону : [18]
Он используется для индукции различных соединений и перегруппировок углеводородов. [19] [20]
Хлорид алюминия в сочетании с алюминием в присутствии арена можно использовать для синтеза комплексов бис(арена) металлов, например бис(бензол)хрома , из галогенидов некоторых металлов посредством синтеза Фишера-Хафнера . Дихлорфенилфосфин получают реакцией бензола и трихлорида фосфора, катализируемой хлоридом алюминия. [21]
Безводный хлорид алюминия представляет собой мощную кислоту Льюиса , способную образовывать кислотно-основные аддукты Льюиса даже со слабыми основаниями Льюиса , такими как бензофенон и мезитилен . [11] Он образует тетрахлоралюминат ( [AlCl 4 ] - ) в присутствии хлорид- ионов.
Хлорид алюминия реагирует с гидридами кальция и магния в тетрагидрофуране с образованием тетрагидроалюминатов. [ нужна цитата ]
Безводный хлорид алюминия гигроскопичен и имеет очень выраженное сродство к воде. Он дымит во влажном воздухе и шипит при смешивании с жидкой водой, поскольку лиганды Cl - замещаются молекулами H 2 O с образованием гексагидрата [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 . Безводная фаза не может быть восстановлена при нагревании гексагидрата. Вместо этого HCl теряется, оставляя гидроксид алюминия или оксид алюминия (оксид алюминия):
Как и аквакомплексы металлов , водный раствор AlCl 3 является кислым вследствие ионизации аква -лигандов :
Водные растворы ведут себя аналогично другим солям алюминия , содержащим гидратированные ионы Al 3+ , давая студенистый осадок гидроксида алюминия при реакции с разбавленным гидроксидом натрия :
Хлорид алюминия производится в больших масштабах путем экзотермической реакции металлического алюминия с хлором или хлористым водородом при температуре от 650 до 750 ° C (от 1202 до 1382 ° F). [9]
Хлорид алюминия может быть образован в результате однократной реакции замещения между хлоридом меди (II) и металлическим алюминием.
В США в 1993 году было произведено около 21 000 тонн, не считая объемов, израсходованных при производстве алюминия. [7]
Гидратированный трихлорид алюминия получают растворением оксидов алюминия в соляной кислоте . Металлический алюминий также легко растворяется в соляной кислоте, выделяя газообразный водород и выделяя значительное количество тепла. При нагревании этого твердого вещества не образуется безводный трихлорид алюминия, гексагидрат при нагревании разлагается на гидроксид алюминия :
Алюминий также образует низший хлорид , хлорид алюминия (I) (AlCl), но он очень нестабилен и известен только в паровой фазе. [9]
Безводный хлорид алюминия в виде минерала не встречается. Однако гексагидрат известен как редкий минерал хлоралюминит. [22] Более сложным, основным и гидратированным минералом хлорида алюминия является кадваладерит . [23] [22]
Безводный AlCl 3 бурно реагирует с основаниями , поэтому необходимы соответствующие меры предосторожности. При вдыхании или контакте он может вызвать раздражение глаз, кожи и дыхательной системы. [24]
