Was ist Natriumborhydrid und seine Anwendungen?

Natriumborhydrid, auch bekannt als Natriumtetrahydroborat und Natriumtetrahydroborat, ist eine anorganische Verbindung mit der Formel NABH4. Dieser weiße Feststoff ist normalerweise in Puderform ein Reduktionsmittel, das Anwendungen in Labor- und Industriemaßstabschemie findet. Für Holzpulpen, aber die Kosten sind zu hoch, um kommerzialisiert zu werden. Die Verbindung ist in Alkoholen, einigen Ether und Wasser löslich, aber hydrolysiert langsam.Die Verbindung wurde in den 1940er Jahren von H. I. Schlesinger entdeckt, der ein Team leitete, das nach volatilen Uranverbindungen suchte. Die Ergebnisse dieser Kriegsstudie wurden 1953 freigegeben und veröffentlicht.

Eigenschaften

Natriumborhydrid ist ein geruchloses weißes bis nicht weißes mikrokristallines Pulver, das häufig agglomeriert. Es kann durch Rekristallisation von warmen (50 ° C) diglyme gereinigt werden. Protische Lösungsmittel zur Bildung von H2; Diese Reaktionen sind jedoch ziemlich langsam. Bei 20 ° C dauert die vollständige Zersetzung der Methanollösung fast 90 Minuten. Decompones in neutralen oder sauren wässrigen Lösungen, ist jedoch bei pH 14 stabil.

Reaktivität

NABH4 kann je nach den spezifischen Bedingungen viele organische Carbonylverbindungen reduzieren. In den meisten Fällen wird es in Laboratorien verwendet, um Ketone und Aldehyde in Alkohol umzuwandeln. Es reduziert effektiv Säurechloride, Anhydride, Alpha-Hydroxylactone, Thioester und Imine bei Raumtemperatur oder darunter. oder bei erhöhten Temperaturen, während Carboxylsäuren und Amide überhaupt nicht reduziert werden. NABH4 reagiert mit Wasser und Alkoholen, um Wasserstoffgas zu entwickeln und das entsprechende Borat zu bilden, eine Reaktion, die bei niedrigem pH -Wert besonders schnell ist.Alkohole (normalerweise Methanol oder Ethanol) sind jedoch normalerweise das Lösungsmittel der Wahl für die Reduktion von Ketonen und Aldehyden mit Natriumborhydrid. Der Reduktionsmechanismus von Ketonen und Aldehyden wurde durch kinetische Studien und im Gegensatz zu Volksbeschreibungen in Lehrbüchern nicht geprüft, was nicht. Beteiligen Sie einen 4-gliedrigen Übergangszustand wie die Hydroboration von Alkenen oder einen 6-gliedrigen Übergangszustand, an dem das Molekül-Alkohol-Lösungsmittel beteiligt ist. Erfordernde Wasserstoffbrückenbindungsaktivierung, da in aprotischen Lösungsmitteln wie Diglyme keine Reduktion auftritt. Ein einzelnes Alkoholmolekül.Es wurde vorgeschlagen, dass Carbonyl- und Borhydride gleichzeitig durch Wechselwirkungen mit Alkohol- und Alkoxidionen aktiviert werden und dass die Reaktionen durch offene Übergangszustände erfolgen.

α, β-ungesättigte Ketone werden an den 1,4-Positionen tendenziell durch NABH4 reduziert, obwohl normalerweise Gemische gebildet werden. Die Zugabe von Ceriumchlorid erhöht die Selektivität der 1,2-Reduktion (Lüche-Reduktion) ungesättigter Ketone. α, β-ungesättigte Ester werden in Gegenwart von NABH4 ebenfalls 1,4-reduziert.Das NABH4-meoh-System wurde gebildet, indem Methanol zu Natriumborhydrid bei der Rückflusion von THF hinzugefügt wurde, um den Ester auf den entsprechenden Alkohol zu reduzieren. Mischte Wasser oder Alkohol mit Borhydrid, um einige von ihnen in instabile Hydridester zu umwandeln, und die Reduktion war effizienter, aber die Das Reduktionsmittel zersetzt sich schließlich spontan, um Wasserstoffgas und Borat zu produzieren. Die gleiche Reaktion kann auch intramolekular auftreten: α-Ketoester werden in Diole umgewandelt, wenn der daraus resultierende Alkohol den Borhydrid angreift, um einen Ester des Borohyddrids zu produzieren, das dann den angrenzenden Ester reduziert.

Die Reaktivität von NABH4 kann durch verschiedene Verbindungen verstärkt oder verbessert werden.

Anwendungen

Papierherstellung

Die Hauptanwendung von Natriumborhydrid ist die Produktion von Natriumdithionit aus Schwefeldioxid: Natriumdithionit wird als Bleichmittel in der Holzzellstoff- und Färbebranche verwendet.

Chemische Synthese

Natriumborhydrid reduziert Aldehyde und Ketone auf die verwandte Alkohol. Diese Reaktion wird verwendet, um verschiedene Antibiotika zu produzieren, einschließlich Chloramphenicol, Dihydrostreptomycin und Thienol. Vorbereitung verschiedener Steroide und Vitamin A unter Verwendung von Natriumborhydrid, in mindestens einem Schritt.

Wasserstoffspeicher

Natriumborhydrid wird als Weg zur Aufbewahrung von Wasserstoff für Wasserstofffahrzeuge angesehen, da es sicherer (stabil in trockener Luft) und auf Gewichtsbasis effizienter ist als die meisten anderen Alternativen. Hydrogen kann durch einfache Hydrolyse von Borhydriden freigesetzt werden. kostengünstiges und effizientes Verfahren zum Recyceln des hydrolysierten Natriummetabadiums zurück zum Borhydrid. Ab 2007 gibt es keinen solchen Prozess.Obwohl praktische Temperaturen und Drucke zur Wasserstoffspeicherung noch nicht erreicht wurden, wurden 2012 im Jahr 2012 Kernschalen-Nanostrukturen von Natriumborhydrid zum Speichern, Freisetzung und Reabsorb-Wasserstoff unter milden Bedingungen verwendet.