수소화알루미늄

Aluminium hydride

수소화알루미늄
Unit cell spacefill model of aluminium hydride
이름들
선호 IUPAC 이름
수소화알루미늄
계통 IUPAC명
알루만
기타이름
  • 알란
  • 알루미늄 하이드라이드
  • 알루미늄(III) 수소화물
  • 삼수화알루미늄
  • 트리히드로알루미늄
식별자
3D 모델(JSMO)
ChEBI
켐스파이더
ECHA 인포카드 100.029.139 Edit this at Wikidata
245
펍켐 CID
유니아이
  • InChI=1S/Al.3H
    키 : AZDRQVAHNHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1S/Al.3H
    키 : AZDRQVAHNHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N
  • InChI=1/Al.3H/rAlH3/h1H3
    키 : AZDRQVAHNHNSJOQ-FSBNLZEDAV
  • [AlH3]
특성.
AlH3
어금니 질량 29.99g/mol
외모 백색 결정성 고체, 비휘발성, 고도로 중합된 바늘 모양의 결정체
밀도 1.477g/cm3, 솔리드
융점 150°C(302°F; 423K)는 105°C(221°F)에서 분해를 시작합니다.
반응을
용해도 에테르에 용해된
에탄올에 반응합니다.
열화학
40.2 J/mol K
30 J/molK
-11.4 kJ/mol
46.4 kJ/mol
관련화합물
관련화합물
 리튬 알루미늄 수소화물, 디보란
별도의 언급이 없는 경우를 제외하고, 표준 상태(25 °C [77 °F], 100 kPa에서)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.
checkY 검증 (무엇이?)

알루미늄 수소화물(Alane, alumane)은 화학식이 AlH인3 무기 화합물입니다.알레인 및 그 유도체는 13족 수소화물을 기반으로 한 유기 합성에서 일반적인 환원 시약 계열의 일부입니다.[1]일반적으로 테트라하이드로퓨란 또는 디에틸에테르와 같은 에테르계 용매에서, 수소화알루미늄은 루이스 염기와 복합체를 형성하고, 특정 유기 작용기(예를 들어, 유기 할로겐화물 및 니트로기 위의 카르복실산 및 에스테르와 선택적으로 반응)와 선택적으로 반응하며, 비록 선택된 시약은 아니지만, 탄소-c와 반응할 수 있음아르본 다중 결합(즉, 하이드로 알루미늄을 통해)밀도 및 수소 함량이 10 중량% 정도인 점을 고려할 때,[2] 일부 형태의 알란은 2016년 현재 전기 자동차를 포함한 연료 전지 응용 분야에서 발전을 위한 수소 등의 저장을 위한 활성 후보 물질입니다.[3][not verified in body]2006년 현재 사용 후 알루미늄 제품에서 차선을 재생하는 효율적이고 경제적인 공정 방법을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다는 사실을 알게 되었습니다.

고체 알루미늄 수소화물 또는 알레인은 무색 및 비휘발성이며, 가장 일반적인 시약 형태에서는 고도로 중합된 종(즉, 자체적으로 연관된 여러 AlH3 단위가 있음)입니다. 110°C에서 분해되어 녹습니다.[4]자발적으로 인화성이 있는 것은 아니지만, 알란 고체 및 용액은 다른 인화성이 높은 금속 수소화물과 마찬가지로 사용 시 주의사항이 필요하며, 수분을 적극적으로 배제하여 취급 및 보관해야 합니다.Alane은 공기에 노출되면 분해되지만(주로 우발적인 수분 때문에), 여기서는 비활성 표면 코팅의 개발을 허용하여 Alane 제제의 분해 속도를 크게 감소시킵니다.[not verified in body]

형태 및 구조

알레인은 110°C에서 분해되어 녹는 무색, 비휘발성 고체입니다.[4]그러나 고체 형태는 종종 회색으로 착색될 수 있는 흰색 고체로 나타납니다(시약 입자 크기가 감소하거나 불순물 수준이 증가함).[citation needed]이 착색은 산화알루미늄 또는 수산화물의 얇은 표면 보호막에서 발생합니다.[citation needed]

일반적인 실험실 조건에서 차선은 구조적으로 "고분자"입니다.[4]이는 때때로 공식3(AlH)으로 표시되며,n 여기서 n은 지정되지 않은 상태로 남습니다.[5][non-primary source needed]순수 동소체가 침전되는 테트라하이드로퓨란(THF)[4] 또는 디에틸에테르(에테르)에 용해되는 알레인의 제조물.[6][non-primary source needed]

구조적으로, 차선은 다양한 다형성 형태를 취할 수 있습니다.2006년까지 α-, α'-, β-, γ-, ε-, ζ- 및 θ-알레인의 "최소 7개의 용해되지 않은 AlH 상"이 알려져 있었습니다. 이후 δ- 및 al-알레인이 발견되었습니다.각각의 구조는 다르며, α-알레인은 열적으로 가장 안정한 다형성입니다.[citation needed]예를 들어, 결정학적으로 α-알란은 입방정계 또는 능면체 형태를 채택하고, α'-알란은 바늘과 같은 결정을 형성하고, γ-알란은 융합된 바늘 다발을 형성합니다.α-알란의 결정 구조가 결정되었으며, 6개의 다른 알루미늄 원자와 가교되는 6개의 팔면체 배향 수소 원자로 둘러싸인 알루미늄 원자를 특징으로 합니다(표 참조). 여기서 Al-H 거리는 모두 동등(172pm)이고 Al-H-Al 각도는 141°[7]입니다.

α-AlH의3[8] 결정구조
α-AlH3 단위세포 알루미늄 조정 수소배위

β- 및 γ-알레인이 함께 생성될 경우 가열 시 α-알레인으로 전환되는 반면, δ-, θ- 및 ε-알레인은 여전히 다른 결정화 조건에서 생성됩니다. 비록 열적으로 안정하지는 않지만, δ-, ε- 및 θ-알레인 다형성은 가열 시 α-알레인으로 전환되지 않습니다.

특수한 조건에서, 비중합체성 알레인(즉, 분자 형태)이 제조되고 연구될 수 있습니다.단량체 AlH는3 고체 고기체 매트릭스에서 낮은 온도에서 분리되었으며, 여기서 평면으로 나타났습니다.[9]이량체 형태인 AlH는26 고체 수소에서 분리되었으며, 이는 디보란(BH26)과 디갈란(GaH26)을 포함하는 등구조적입니다.[10][11][non-primary source needed]

처리

알레인은 자발적으로 인화성이 없습니다.[12]그럼에도 불구하고, "유사한 취급 및 주의사항은...LiAlH4"(화학 시약, 리튬 알루미늄 하이드라이드)에 대해 운동하는 것이 좋습니다. 이와 관련된 환원 시약과 "반응성이 [유사]하기 때문입니다.[4]이러한 시약의 경우 용액 내의 제제와 분리된 고형물 모두 "매우 가연성이며 수분이 없을 때 보관해야 합니다.[13]실험실 가이드는 흄 후드 내부에서 차선을 사용할 것을 권장합니다.[4][why?]이 시약 유형의 고형물은 "장갑 봉투 또는 건조 상자에" 취급할 것을 권장합니다.[13]사용 후, 용액 용기는 일반적으로 주변 공기의 산소 및 수분을 배제하기 위해 불활성 가스와 함께 동반된 플러싱으로 단단히 밀봉됩니다.[13]

패시베이션은[clarification needed] 차선 준비와 관련된 분해 속도를 크게 감소시킵니다.[citation needed]그럼에도 불구하고 패시베이션된 차선은 4.3(물과 접촉하여 인화성 가스를 배출하는 화학 물질)의 위험 분류를 유지합니다.[14]

준비

알루미늄 수소화물 및 그의 다양한 복합체는 오랫동안 알려져 왔습니다.[15]최초의 합성은 1947년에 발표되었고, 1999년에 합성에 대한 특허가 부여되었습니다.[16][17]알루미늄 하이드라이드는 리튬 알루미늄 하이드라이드를 삼염화 알루미늄으로 처리하여 제조합니다.[18]절차가 복잡합니다. 염화리튬 제거에 주의를 기울여야 합니다.

3 LiAlH + AlCl → 4 AlH + 3 LiCl

알레인의 에테르 용액은 고분자 물질이 고체로 빠르게 침전되기 때문에 즉각적인 사용이 필요합니다.수소화 알루미늄 용액은 3일이 지나면 분해되는 것으로 알려져 있습니다.수소화 알루미늄은 LiAlH보다4 반응성이 높습니다.[6]

알루미늄 수소화물의 제조를 위한 몇 가지 다른 방법이 있습니다.

2 LiAlH + BeCl → 2 AlH + LiBeH2Cl2
2 LiAlH + HSO → 2 AlH + LiSO + 2 H
2 LiAlH + ZnCl → 2 AlH + 2 LiCl + ZnH
2 LiAlH + I → 2 AlH + 2 LiI + H

전기화학합성

여러 그룹에서 전기화학적으로 차선이 생성될 수 있음을 보여주었습니다.[19][20][21][22][23]다양한 전기화학적 알렌 생산 방법이 특허를 받았습니다.[24][25]전기화학적으로 알레인을 생성하면 염화물 불순물을 피할 수 있습니다.용매로서 THF를 포함하는 Classen의 전기화학 셀에서 알란의 형성을 위해 두 가지 가능한 메커니즘이 논의됩니다. 전해질로서 나트륨 알루미늄 하이드라이드, 알루미늄 애노드, 그리고 음극으로서 수은(Hg)에 잠긴 철(Fe) 와이어.나트륨은 Hg 음극과 아말감을 형성하여 부반응을 방지하고 첫 번째 반응에서 생성된 수소는 포획되어 수은 아말감 나트륨과 반응하여 수소화 나트륨을 생성할 수 있습니다.Classen의 시스템은 출발 물질의 손실을 초래하지 않습니다.불용성 양극의 경우 반응 1이 발생하고, 가용성 양극의 경우 반응 2에 따라 양극 용해가 예상됩니다.

  1. AlH - e → AlH · nTHF +1⁄2H2
  2. 3AlH + Al - 3e → 4AlH · nTHF

반응 2에서, 알루미늄 애노드가 소모되어, 주어진 전기화학 셀에 대한 알루미늄 하이드라이드의 생성이 제한됩니다.

전기화학적으로 생성된 알레인으로부터 수소화 알루미늄의 결정화 및 회수가 입증되었습니다.[22][23]

알루미늄 금속의 고압 수소화

α-AlH는3 알루미늄 금속을 10GPa 및 600°C(1,112°F)에서 수소화함으로써 생성될 수 있습니다.액체화된 수소 사이의 반응은 주변 조건에서 회수될 수 있는3 α-AlH를 생성합니다.[26]

반응

Lewis 염기로 부가물 형성

AlH는3 강력한 루이스 염기를 가진 부가물을 쉽게 형성합니다.예를 들어, 1:1 및 1:2 복합체는 모두 트리메틸아민과 함께 형성됩니다.1:1 복합체는 기체상에서는 사면체이지만 [27]고체상에서는 가교 수소 중심(NMeAl3(μ-H))2[28]을 갖는 이량체입니다.1:2 복합체는 삼각형 쌍추 구조를 채택합니다.[27]일부 첨가제(예: 디메틸에틸아민 알란, NMeEt2·AlH3)는 열분해하여 알루미늄 금속을 제공하며 MOCVD 응용 분야에서 사용될 수 있습니다.[29]

디에틸에테르와의 복합체는 다음 화학양론에 따라 형성됩니다.

AlH + (CH)O → HAl · O(CH)

에테르에서 리튬 수소화물과 반응하면 리튬 알루미늄 수소화물이 생성됩니다.

AlH + LiH → LiAlH

직능군 축소

유기화학에서 알루미늄 하이드라이드는 주로 작용기의 감소를 위해 사용됩니다.[30]여러 가지 면에서 알루미늄 수소화물의 반응성은 리튬 알루미늄 수소화물의 반응성과 비슷합니다.수소 알루미늄은 알데하이드, 케톤, 카르복실산, 무수물, 산염화물, 에스테르 및 락톤을 상응하는 알코올로 환원시킵니다.아미드, 니트릴 및 옥심은 상응하는 아민으로 환원됩니다.

작용기 선택성 측면에서, 차선은 다른 수소화물 시약들과 다릅니다.예를 들어, 다음 사이클로헥사논 환원에서 리튬 알루미늄 수소화물은 트랜스:cis 비율이 1.9:1인 반면 알루미늄 수소화물은 트랜스:cis 비율이 7.3:1입니다.[31]

Stereoselective reduction of a substituted cyclohexanone using aluminium hydride
수소화알루미늄을 이용한 치환 사이클로헥사논의 입체선택적 환원반응

알레인은 특정 케톤의 하이드록시메틸화를 가능하게 합니다(즉, 알파 위치에서 C-CHOH로2 C-H가 치환된 것입니다).[32]케톤 자체는 에놀레이트처럼 "보호"되기 때문에 감소되지 않습니다.

Functional Group Reduction using aluminium hydride
알루미늄 수소화물을 이용한 작용 그룹 감소

유기 할로겐화물은 알루미늄 수소화물에 의해 천천히 또는 전혀 줄어들지 않습니다.따라서, 카르복실산과 같은 반응성 작용기는 할로겐화물의 존재 하에서 감소될 수 있습니다.[33]

Functional Group Reduction using aluminium hydride
알루미늄 수소화물을 이용한 작용 그룹 감소

질화 알루미늄은 수소화 알루미늄에 의해 환원되지 않습니다.마찬가지로 수소화 알루미늄은 니트로 그룹이 존재할 때 에스터를 감소시킬 수 있습니다.[34]

Ester reduction using aluminium hydride
수소화알루미늄을 이용한 에스테르 환원

알루미늄 수소화물은 아세탈을 반보호 디올로 환원하는 데 사용할 수 있습니다.[35]

Acetal reduction using aluminium hydride
수소 알루미늄을 이용한 아세탈 환원

알루미늄 하이드라이드는 아래와 같이 에폭시 링 개방 반응에도 사용할 수 있습니다.[36]

Epoxide reduction using aluminium hydride
수소화알루미늄을 이용한 에폭시 환원

알루미늄 하이드라이드를 사용하여 수행되는 알릴 재배열 반응은 S2N 반응이며, 엄격하게 요구되지 않습니다.[37]

Phosphine reduction using aluminium hydride
수소화알루미늄을 이용한 포스핀 환원

알루미늄 수소화물은 가열을 통해 이산화탄소를 메탄으로 환원시킵니다.[citation needed]

4 AlH + 3 CO → 3 CH + 2 AlO

히드로알루미늄

수소화 알루미늄은 프로파길릭 알코올에 추가되는 것으로 나타났습니다.[38]탄화수소와 마찬가지로 수소화 알루미늄은 사염화 티타늄이 존재할 때 이중 결합을 추가할 수 있습니다.[39]

Hydroalumination of 1-hexene
1-헥센 수소발광

연료

차선은 패시베이션(passivated) 형태의 수소 저장을 위한 활성 후보이며, 연료 전지 및 전기 자동차 및 기타 경량 전력 애플리케이션을 포함한 연료 전지 애플리케이션을 통한 효율적인 발전을 위해 사용될 수 있습니다.[citation needed]AlH는3 10.1 중량%의 수소(밀리리터당 1.48그램의 밀도)를 함유하고 있으며,[2] 이는 액체 H의2 수소 밀도의 두 배에 해당합니다.[citation needed]2006년 현재 AlH는3 "사용 후 Al 분말로부터 재생하기 위한 효율적이고 경제적인 공정을 개발하기 위해 추가적인 연구가 필요하다"는 후보로 언급되고 있습니다.[2][needs update]

알레인은 로켓 연료와 폭발성 및 폭약 조성물의 잠재적 첨가제이기도 합니다.[citation needed]또한 차선은 수동적이지 않은 형태로 최대 10%[40]의 충격 효율을 얻을 수 있는 유망한 로켓 연료 첨가제입니다.

신고된 사고수

트리플루오로메틸 화합물과 알란의 감소는 [[심각한]] 폭발을 일으킨 것으로 보고되었습니다.[41]

참고문헌

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