디보레인

Diborane
참고 항목: 디보레인(2) 및 디보레인(4)
디보레인
Stereo skeletal formula of diborane with all explicit hydrogens added and assorted measurements
Ball and stick model of diborane
이름
IUPAC 이름
디보레인(6)
기타 이름
보로에탄
보론 하이드라이드
디보론 육수화물
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.039.021 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 242-940-6
펍켐 CID
RTECS 번호
  • HQ9275000
유니
UN 번호 1911
  • InChi=1S/B2H6/c1-3-2-4-1/h1-2H2 checkY
    키: KLDBIFITUCWCC-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChi=1/B2H6/c1-3-2-4-1/h1-2H2
    키: KLDBIFITUCWCC-UHFFFAOYAF
  • [BH2]1[H][BH2][H]1
특성.
B2H6
어금질량 27.67 g·190−1
외관 무색가스
냄새 혐오스럽고 달콤한
밀도 1.131 g/L[1]
녹는점 -164.85°C(-264.73°F, 108.30K)[1]
비등점 -92.49°C(-134.48°F, 180.66K)[1]
반응하다[2]
기타 용매의 용해성 디글리메와 디틸에테르에 약간 [3]용해되며
증기압 39.5 atm(16.6 °C)[2]
구조
사면체(보론용)
본문을 보다
0 D
열화학
56.7 J/(몰·K)[4]
232.1 J/(몰·K)[4]
36.4 kJ/mol[4]
위험
산업안전보건(OHS/OSH):
주요 위험
 높은 인화성, 물과 반응
GHS 라벨 표시:
GHS02: FlammableGHS04: Compressed GasGHS05: CorrosiveGHS06: ToxicGHS08: Health hazard
위험
H220, H280, H314, H330, H370, H372
P210, P260, P264, P270, P271, P280, P284, P301+P330+P331, P303+P361+P353, P304+P340, P305+P351+P338, P307+P311, P310, P314, P320, P321, P363, P377, P381, P403, P403+P233, P405, P410+P403, P501
NFPA 704(화재 다이아몬드)
38°C(100°F, 311K)
폭발 한계 0.8–88%[2]
치사량 또는 농도(LD, LC):
40ppm(랫드, 4시간)
29ppm(mouse, 4시간)
40–80ppm(랫드, 4시간)
159–181ppm(랫드, 15분)[5]
125ppm(개, 2시간)
50ppm(햄스터, 8시간)[5]
NIOSH(미국 건강 노출 제한):
PEL(허용)
 TWA 0.1ppm(0.1mg/m3)[2]
REL(권장)
 TWA 0.1ppm(0.1mg/m3)[2]
IDLH(즉시 위험)
 15ppm[2]
관련 화합물
관련 붕소 화합물
 데카보레인
BF3
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

디보레인(6)은 일반적으로 디보레인(diborane)으로 알려져 있으며 BH라는26 공식을 가진 붕소와 수소로 구성된 화학 화합물이다. 그것은 혐오스러울 정도로 달콤한 냄새를 풍기는 무색의 화로포린 가스다. 동의어로는 붕소 에탄, 붕소 하이드라이드, 디보론 육수화물이 있다. 디보레인은 다양한 용도를 가진 핵심 붕소 화합물이다. 그것은 전자 구조로 많은 관심을 끌었다. 그 파생상품은 유용한 시약이다.

구조 및 본딩

두 개의 붕소 원자와 가운데의 수소 원자, 세 개의 원자를 결합하는 한 쌍의 전자로 구성된 3-중앙 2-전자 결합을 곡선으로 나타낸 디보레인(BH26)의 본딩 다이어그램

디보레인의 구조는 D 대칭이다2h. 4개의 하이드라이드가 터미널이고, 붕소 중앙 사이에 2개의 다리가 있다. B-Hbridge 채권과 B-Hterminal 채권의 길이는 각각 1.33 and과 1.19 are이다. 이러한 채권 길이의 차이는 B-Hbridge 채권이 상대적으로 약하다는 장점 차이를 반영한다. B-Hterminal 본드와 비교한 B-Hbridge 본드의 약점은 적외선 스펙트럼 내 진동 서명으로 각각 2100 cm와 2500 cm이다−1.[7]

분자 궤도 이론에 의해 결정된 모델은 붕소와 단자 수소 원자의 결합을 기존의 2-중앙 2 전자 공밸런트 결합으로 설명한다. 그러나 붕소 원자와 결합하는 수소 원자의 결합은 탄화수소와 같은 분자의 결합과는 다르다. 각 붕소는 단자 수소 원자에 결합하는 데 두 개의 전자를 사용하며 추가 결합을 위해 한 개의 발란스 전자가 남아 있다. 결합하는 수소 원자는 각각 하나의 전자를 제공한다. BH22 링은 두 개의 3-중앙 2-전자 결합을 형성하는 4개의 전자로 함께 고정된다. 이런 종류의 채권은 때때로 "바나나 채권"이라고 불린다.

BH는26 평면 분자 에틸렌의 디프로토네이션에서 발생하는262+ CH를 포함한 등전자다.[8] 디보레인은 이런 특이한 결합을 가진 많은 화합물들 중 하나이다.[9]

그룹 IIIA의 다른 원소들 중 갈륨은 유사한 화합물 디갈레인을 형성하고, GaH26. 알루미늄은 고분자 하이드라이드를 형성하고,n (AlH3); 불안정한 상태지만, AlH는26 고체 수소에 격리되어 디보레와 이등구조화 되어 있다고 알려져 있다.[10]

생산과 합성

디보레인에 대한 광범위한 연구는 다중 합성의 발전을 가져왔다. 대부분의 준비물은 붕소 할리드나 알코사이드와 수화물 기증자의 반응을 수반한다. 디보레인의 산업합성은 하이드라이드 나트륨, 하이드라이드 또는 리튬알루미늄 하이드라이드에 의한 BF의3 감소를 포함한다.[11]

8 BF3 + 6 LiH → BH26 + 6 LiBF4

두 가지 실험실 방법은 리튬 알루미늄 하이드라이드를 사용한 붕소 트리클로라이드 또는 붕소 무수화물 나트륨을 포함한 붕소 트리플루오리드 에테르 용액에서 시작한다. 두 방법 모두 최대 30%의 수율을 산출한다.

4 BCl3 + 3 LiAlH4 → 2 BH26 + 3 LiAlCl4
4 BF3 + 3 NaBH4 → 2 BH26 + 3 NaBF4

구식 방법은 인산이나 희석황산 등 비산소와 함께 보로하이드염의 직접적인 반응을 수반한다.

2 BH4− + 2 H+ → 22 H + BH26

마찬가지로 붕소무수염의 산화가 입증되어 소규모의 준비에도 편리한 상태를 유지하고 있다. 예를 들어 요오드를 산화제로 사용하는 경우:

2 NaBH
4 + I
2 → 2 NaI + BH
2
6
2 + H

또 다른 소규모 합성은 시작 재료로 수산화칼륨과 인산을 사용한다.[12]

반응

보란 디메틸설황화물은 일반적으로 디보란과 동등한 기능을 하며 사용이 용이하다.[13]

디보레인은 반응성이 높고 다용도 시약이다.[14]

공기, 물, 산소

화포성 물질로서, 디보레인은 산소와 함께 발열적으로 반응하여 삼산화 붕소와 물을 형성한다.

2 B2H6 + 6 O2 → 2 B2O3 + 6 H2O (ΔHr = −2035 kJ/mol = −73.47 kJ/g)

디보레인은 물과 격렬하게 반응하여 수소와 붕산을 형성한다.

B2H6 + 6 H2O → 2 B(OH)3 + 6 H2 (ΔHr = −466 kJ/mol = −16.82 kJ/g)

디보레인 또한 알코올과 비슷하게 반응한다. 예를 들어 메탄올은 [15]수소와 트리메틸보레이트를 제공한다.

B2H6 + 6 MeOH → 2 B(OMe)3 + 6 H2

루이스 산도

한 가지 지배적인 반응 패턴은 루이스 베이스와의 유도 형성을 포함한다. 종종 그러한 초기 인덕트는 다른 제품을 주기 위해 빠르게 진행된다. 예를 들어, 종종 디보란과 동등하게 작용하는 붕산염-테트라하이드로푸란은 붕산염 에스테르로 분해된다. 디메틸황화합물을 첨가한 그것의 유도체는 유기합성에 중요한 시약이다.

디보란의 직경을 형성하는 암모니아 디보레인, DADB, 조건에 따라 적은 양의 암모니아 보란과 함께.

하이드로보레이션

하이드로보레이션 반응에서도 디보레인은 알케인과 쉽게 반응하여 삼알킬보레인을 형성한다. 이러한 반응 패턴은 다소 일반적이며 알킬 붕산염은 알코올과 같이 쉽게 파생될 수 있다. 초기 하이드로보레이션 작업은 디보레인에 의존했지만 보다 안전하게 취급되는 보란 디메틸설피드(borane dimethylsulfide)로 대체됐다.

기타

디보레인의 열분해효소는 수소와 다양한 붕소 하이드라이드 클러스터를 제공한다. 예를 들어, 펜타보레인은 약 200 °C에서 디보레인의 열분해로 처음 준비되었다.[16][17] 이 열분해 경로는 거의 채용되지 않지만, 붕소 성단 화학이라는 큰 연구 테마를 갖게 되었다.

아말감 나트륨으로 디보란을 치료하면 NaBH와4 Na[BH38][15] 디에틸에테르에서 디보레인을 하이드라이드 리튬으로 치료하면 다음과 같이 보로하이드화 리튬이 형성된다.[15]

BH26 + 2LH → 2LBH4

디보레인은 무수 수소 염화물 또는 수소 브롬화 가스와 반응하여 붕소 후일무화물을 만든다.[15]

BH26 + HX → BHX25 + H2 (X = Cl, Br)

470K와 20bar에서 일산화탄소로 디보란을 치료하면 HBCO가3 된다.[15]

유기합성 시약

디보레인 및 그 변형은 수력 보관을 위한 중앙 유기 합성 시약이다. 알케인은 B-H 채권에 3알킬보레(Trialkylborane)를 더하여 더 자세히 설명할 수 있다.[18] 디보레인은 리튬 알루미늄 하이드라이드의 반응성을 대략 보완하는 환원제로 사용된다. 이 화합물은 해당 알코올에 카복실산을 쉽게 감소시키는 반면 케톤은 느리게 반응할 뿐이다.

역사

디보레인은 19세기에 금속 붕소를 가수분해하여 처음 합성되었지만, 결코 분석되지 않았다. 1912년부터 1936년까지 붕소 하이드라이드 화학의 주요 선구자인 알프레드 스톡은 매우 반응적이고 휘발성이 강하며 종종 독성이 있는 붕소 하이드라이드를 합성하고 처리하는 방법을 이끌어내는 연구를 시작했다. 그는 최초의 에탄과 같은 디보레인 구조를 제안했다.[19] S. H. Bauer에 의한 전자 회절 측정은 처음에 그의 제안된 구조를 지지하는 것으로 보였다.[20][21]

(에탄과 같은 구조를 지지했던) L. 폴링과의 개인적인 의사소통 때문에 H. I. Schlessinger와 A. B. B. B. B. Burg는 1940년대 초 당시의 고전적 리뷰에서 3-center 2-Electron 접합에 대해 구체적으로 논의하지 않았다.[22] 그러나 이 검토에서는 Bridgeed D2h 구조에 대해 심도 있게 논의한다: "이 제형이 디보란의 화학적 특성 중 많은 부분을 쉽게 설명한다는 것을 인정해야 한다.."

1943년 옥스퍼드 대학 학부 시절 H. 크리스토퍼 롱구엣-히긴스가 붕소 하이드라이드의 구조와 결합을 최초로 설명했다. 그의 가정교사 R. P. 벨과 함께 쓰여진 이 작품을 보도하는 기사도 딜레이의 작품에서부터 시작되는 주제의 역사를 검토한다.[23][24] 얼마 지나지 않아 프라이스의 디보레인에 대한 적외선 연구에서 롱구엣 히긴스의 이론적 연구가 확인되었다. [25] 이 구조는 1951년 K에 의해 전자-분해 측정에 의해 다시 확인되었다. 헤드버그와 브이. Schomaker, 이 페이지의 계획에 표시된 구조의 확인.[26]

윌리엄 넌 립스콤 주니어는 1950년대 X선 결정학을 이용해 붕산의 분자구조를 더욱 확인하고 이들의 유대관계를 설명하기 위한 이론을 개발했다. 이후, 그는 1981년 노벨상 수상자 로알드 호프만(Roald Hoffmann)의 연구를 지휘한 카보레인의 구조 등 관련 문제에 대해서도 같은 방법을 적용했다. 1976년 노벨 화학상은 "화학 결합의 문제를 밝히는 붕소 구조에 관한 연구"로 립스콤에게 수여되었다.[27]

전통적으로 디보레인은 종종 전자 결핍으로 설명되어 왔는데, 12개의 발란스 전자는 8개의 원자를 모두 결합하기에 불충분한 6개의 전통적인 2-센트레 2-전자 결합만을 형성할 수 있기 때문이다.[28][29] 그러나 3-센트레 결합을 사용한 보다 정확한 설명은 6개의 결합 분자 궤도를 채울 정도의 발란스 전자가 있기 때문에 디보레인이 정말로 전자-정밀이라는 것을 보여준다.[30] 그럼에도 불구하고 일부 주요 교과서는 여전히 '전자결핍'이라는 용어를 사용하고 있다.[31]

기타 용도

산소와 반응하는 발열성 때문에 디보란은 로켓 추진체로 시험되었다.[32] 완전연소는 발열성이 강하다. 그러나 일부 붕소 일산화탄소 BO가2 생산되기 때문에 로켓 엔진에서 연소가 완전하지는 않다. 이 변환은 일산화탄소(CO)를 생성하기 위해 탄화수소의 불완전한 연소를 반영한다. 디보레인 또한 다루기 어려운 것으로 판명되었다.[33][34][35]

디보레인은 금속 보라이드 필름과[36] 실리콘 반도체의 p-doping에 대한 선구자로서 조사를 받아왔다.[37]

안전

디보레인은 화로포린 가스다. 일반적으로 상업적으로 이용 가능한 인덕트는 적어도 유기 화학에 적용하기 위해 대신 사용된다. 이러한 인덕트에는 붕소-테트라하이드로푸란(Borane-THF)과 붕소-디메틸황화(Borane-Dimethylsulfide)가 포함된다.[14] 이 화합물은 공기가 매우 불안정하기 때문에 디보란의 독성 효과가 완화된다. 실험실 쥐에 대한 독성이 조사되었다.[38]

참조

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인용된 출처

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외부 링크