乙硼烷
| 乙硼烷 | |
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| IUPAC名 Diborane(6) | |
| 識別 | |
| CAS號 | 19287-45-7 
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| ChemSpider | 17215804 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | KLDBIFITUCWVCC-UHFFFAOYAF |
| EINECS | 242-940-6 |
| ChEBI | 33590 |
| RTECS | HQ9275000 |
| 性質 | |
| 化學式 | B2H6 |
| 莫耳質量 | 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（水） | 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
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| 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），還由於硼對氟、氧、氮、磷等電負性強的元素有很大的親合力[2]。
物理性質
[編輯]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
[編輯]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
[編輯]- MnB + 3H+ → 1/2 B2H6 + Mn3+
- 用單質氫進行氫化：
- 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
- 高級硼烷熱解：
- 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
- 用硼氫化鈉還原氯化亞汞：
反應
[編輯]加合反應
[編輯]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
[編輯]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，溴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醇、醚、酮及酯類發生反應[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
[編輯]- 3RCH=CH2 + 1/2 B2H6 → (RCH2CH2)3B
- B2H6 + 6 C6H6 → 2 (C6H5)3B + 6 H2
乙硼烷可以和苯在100℃下反應。
- B2H6 + BCl3 ⇔ B2H5Cl
乙硼烷和溴、碘反應分別產生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
[編輯]乙硼烷是親電試劑，並且可將很多官能團還原，如將醛和酮還原為醇，腈還原成胺，肟還原成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
而相對分子質量較大的戊硼烷和癸硼烷只有加熱才能水解。 [1]
- 3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3N3H6 + 12 H2
氧化反應
[編輯]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，故硼烷可在火箭和飛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
[編輯]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
[編輯]參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ 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.
- ^ 張青蓮等。《無機化學叢書》第二卷。北京：科學出版社。
- ^ 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]
- ^ 4.0 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).
- ^ 5.0 5.1 R. M. Adams, Chapter 7 in "Boron, Metallo-Boron Compounds and Boranes", Interscience (1964).
擴展閱讀
[編輯]- H. C. Brown "Organic Synthesis via Boranes" John Wiley, New York, 1975. ISBN 0-471-11280-1.