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乙硼烷

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乙硼烷
IUPAC名
Diborane(6)
識別
CAS號 19287-45-7  checkY
ChemSpider 17215804
SMILES
 
  • [BH2]1[H][BH2][H]1
InChI
 
  • 1/B2H6/c1-3-2-4-1/h1-2H2
InChIKey KLDBIFITUCWVCC-UHFFFAOYAF
EINECS 242-940-6
ChEBI 33590
RTECS HQ9275000
性質
化學式 B2H6
摩爾質量 27.67 g·mol⁻¹
外觀 無色氣體
密度 1.18 g/L (15 °C,氣態)
熔點 −165.5 °C [1] (108.15 K)
沸點 −92.5 °C (180.65 K)
溶解性 反應
結構
配位幾何 四面體 (硼)
分子構型 見內文
偶極矩 0 D
危險性
NFPA 704
4
4
4
 
閃點 可燃氣體
自燃溫度 38 °C
相關物質
相關硼化合物 癸硼烷(14)
三氟化硼
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

乙硼烷一種是無機化合物化學式為B2H6,是目前能分離出的最簡單的硼烷。乙硼烷在室溫下為無色氣體,可以與空氣形成爆炸性混合物,並且在潮濕空氣中自燃。有劇毒。

乙硼烷具有較高的化學活性,容易與各種無機分子和有機分子起反應。這不僅是因為乙硼烷生成熱為正值(即所謂吸熱化合物),還由於電負性強的元素有很大的親合力[2]

物理性質

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乙硼烷為無色氣體,其蒸汽壓為(3.00×104±133)Pa(-111.6℃),相對密度為0.477(-122℃)及0.577(-183℃)。

結構

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乙硼烷分子具有D2h點群。兩個硼原子各用兩個 sp2 混成軌域與兩個氫原子的 1s 軌道重疊形成 B-H σ鍵的同時,每個硼原子又用第三個 sp2 混成軌域和餘下的一個 p 軌道組合成兩個軌道 Φ,分別位於平面上下。兩個軌道分別與兩個氫原子的 1s 軌道成兩個垂直於平面的三中心兩電子 BHB 鍵,正好用上餘下的4個價電子[3]。因此乙硼烷分子不能自由旋轉。

合成

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乙硼烷可通過以下方法合成[4][5]

MnB + 3H+ → 1/2 B2H6 + Mn3+
  • 用單質進行氫化:
BCl3 + 3H2 → 1/2 B2H6 + 3HCl
R3B + 3H2 → 1/2B2H6 + 3RH
6 BF3 + 8 NaH → B2H6 + 6 NaBF4
4BCl3 + 3LiAlH4 → 2B2H6 + 3LiAlCl4
3LiBH4 + (C2H5)2O.BF3(C2H5)2O→ 2B2H6 + 3LiF + (C2H5)2O(純度90-95%)
3NaBH4 + 4BF3二甘醚→ 2B2H6 + 3NaBF4
LiAlH4 + BF3 → B2H6 + LiF + AlF3
這個反應在室溫即能進行。其機理分為兩步,具體如下:
(1)LiAlH4 + BF3 → LiBH4 + AlF3
(2)LiBH4 + BF3 → B2H6 + LiF
  • 通過質子遷移或電解,從BH4離子中脫去H
KBH4 + H+無水酸→ 1/2 B2H6 + K+ + H2
LiBH4電解Li + 1/2 B2H6 + 1/2 H2
NaBH4 + H2PO3F真空→ 1/2 B2H6 + NaHPO3F + H2(產率79%)
KBH4 + H3PO4→ 1/2 B2H6 + H2 + KH2PO4
B4H10→ B2H6 + 高級硼烷和聚合物
B4H10 + B5H11→ 2B2H6 + B5H9
  • 通過配位使高級硼烷降解:
B4H10 + 2(CH3)2O → (CH3)2O.BH3 + (CH3)2O.B3H7
(CH3)2O.BH3 → 1/2 B2H6 + (CH3)2O
2NaBH4 + Hg2Cl2二甘醚→ B2H6 + H2 + 2NaCl + 2Hg

反應

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乙硼烷可進行的反應可大致分為以下幾種[4][5]

加合反應

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乙硼烷是缺電子化合物,可以與許多配體形成單橋加合物,如C5H5N·B2H6等。這類加合物的通式為:

L → BH2 … H … BH2

取代反應

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乙硼烷分子中的端梢氫原子,可被一些有機基團取代形成各種各樣的有機衍生物

(6-n) B2H6 + 2n BR3 ⇔ 6 B2H6-nRn (n=1,2,3,4)

形成五、六取代物的同時往往伴隨橋鍵的斷裂而發生歧化反應。

鹵代乙硼烷(氟除外)可通過B2H6與BX3的平衡反應製取,代物也可通過乙硼烷直接溴代獲得。 乙硼烷在低溫就可以和類發生反應[1]

B2H6 + 4 CH3OH → 2 HB(OCH3)2 + 4 H2
B2H6 + 4 CH3COH → 2 HB(OCH2CH3)2
B2H6 + 4 CH3COCH3 → 2 HB[(OCH2CH3)2]2
B2H6 + 2 CH3COOC2H5 → 2 HB(OC2H5)2

加成反應

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乙硼烷可與烯烴定量加成,產物是烷基硼

3RCH=CH2 + 1/2 B2H6 → (RCH2CH2)3B

烷基硼在有機合成中具有重要用途。參見硼氫化反應等。

B2H6 + 6 C6H6 → 2 (C6H5)3B + 6 H2

乙硼烷可以和在100℃下反應。

B2H6 + BCl3 ⇔ B2H5Cl

乙硼烷和反應分別產生B2H5Br和B2H5I. B2H5Cl極不穩定。 [1]

乙硼烷也可以和一氧化碳反應:

B2H6 + 2 CO ⇔ 2 BH3CO(羰基甲硼烷

還原反應

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乙硼烷是親電試劑,並且可將很多官能團還原,如將還原為還原成還原成N-烷基羥胺施夫鹼還原為仲胺等。

乙硼烷極易水解,與水反應生成硼酸和氫:

B2H6 + 6H2O → 2H3BO3 + 6H2

相對分子質量較大的戊硼烷癸硼烷只有加熱才能水解。 [1]

乙硼烷與在90 °C反應生成環硼氮烷

3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3N3H6 + 12 H2

氧化反應

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極純的硼烷在乾燥空氣或氧氣中並不自燃,但如果有微量雜質存在,就立刻發生自燃現象。[1]

B2H6 + 3 O2 → B2O3 + 3 H2O

此反應放熱很大,故硼烷可在火箭和導彈中用作高能噴射燃料。

二硼烷可以和鹵素反應。和氯氣的反應很劇烈。[1]

B2H6 + 6 Cl2 → 2 BCl3 + 6 HCl

用途

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乙硼烷被用於火箭推進劑,也被用於製取半導體用高純硼的原料。 還可與烯烴發生硼氫化反應制醇,這是制醇的重要方法。

儲存

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乙硼烷可以儲存,但長期存放逐漸轉變為及高級硼烷[1]

參見

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參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 《硼氫化合物》.鄭學家 主編.化學工業出版社. ISBN 978-7-122-11506-5. 第一節 硼烷概述. P5-7.
  2. ^ 張青蓮等。《無機化學叢書》第二卷。北京:科學出版社。
  3. ^ Laslo P (2000). "A Diborane Story". Angewandte Chemie International Edition 39: 2071-2072. doi:<2071::AID-ANIE2071>3.0.CO;2-C 10.1002/1521-3773(20000616)39:12<2071::AID-ANIE2071>3.0.CO;2-C頁面存檔備份,存於網際網路檔案館). abstract[永久失效連結]
  4. ^ 4.0 4.1 N. N. Greenwood, 11. Boron in "Comprehensive Inorganic Chemistry", Vol 1, Eds. J. C. Bailar, H. J. Emeleus, R. Nyholm, A. F. Trotman-Dickeson, Pergamon (1973).
  5. ^ 5.0 5.1 R. M. Adams, Chapter 7 in "Boron, Metallo-Boron Compounds and Boranes", Interscience (1964).

擴展閱讀

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  • H. C. Brown "Organic Synthesis via Boranes" John Wiley, New York, 1975. ISBN 0-471-11280-1.

外部連結

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