Borazin

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Borazin
Strukturní vzorec

Strukturní vzorec

Model molekuly

Model molekuly

Obecné
Systematický název 1,3,5,2,4,6-triazatriborinan
Ostatní názvy borazol
Sumární vzorec B3H6N3
Vzhled bezbarvá kapalina
Identifikace
Registrační číslo CAS
PubChem
SMILES [BH-]1-[NH+]=[BH-]-[NH+]=[BH-]-[NH+]=1
InChI 1S/B3H6N3/c1-4-2-6-3-5-1/h1-6H
Vlastnosti
Molární hmotnost 80,50 g/mol
Teplota tání −58 °C (215 K)
Teplota varu 53 °C (326 K)
Hustota 0,81 g/cm3
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Borazin, také nazývaný borazol, je anorganická sloučenina se vzorcem B3H6N3. V její molekule se střídají tři BH a tři NH jednotky. Sloučenina je izoelektronická a izostrukturní s benzenem a tak bývá někdy nazývána „anorganický benzen“. Podobně jako u benzenu jde o bezbarvou kapalinu[1] s aromatickým zápachem.

Příprava[editovat | editovat zdroj]

Borazin popsali roku 1926 chemici Alfred Stock a Erich Pohland jako produkt reakce diboranuamoniakem.[2]

Borazin lze získat reakcí diboranu a amoniaku v molárním poměru 1:2 při 250–300 °C; výtěžnost reakce je 50 %:

3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3H6N3 + 12 H2

Jiný, účinnější, postup spočívá v reakci tetrahydridoboritanu sodného se síranem amonným:[3]

6 NaBH4 + 3 (NH4)2SO4 → 2 B3N3H6 + 3 Na2SO4 + 18 H2

Borazin je také možné získat dvoukrokovým postupem, ve kterém je nejprve chlorid boritý přeměněn na trichlorborazin:

3 BCl3 + 3 NH4Cl → Cl3B3H3N3 + 9 HCl

a vazby B-Cl se následně mění na vazby B-H:

2 Cl3B3H3N3 + 6 NaBH4 → 2 B3H6N3 + 3 B2H6 + 6 NaCl

Struktura[editovat | editovat zdroj]

Borazin je izoelektronický s benzenem a má podobný systém vazeb, a tak bývá někdy nazýván „anorganický benzen“. Toto přirovnání však není zcela přesné, protože bor a dusík mají rozdílné elektronegativity. Pomocí rentgenové krystalografie bylo zjištěno, že délky všech vazeb v borazinovém cyklu jsou 142,9 pm, tedy podobné jako u benzenu.[4]

Borazinový cyklus nevytváří však pravidelný šestiúhelník; vazebné úhly jsou 117,1° na atomech boru a 122,9° na dusících, v důsledku čehož má molekula odlišnou symetrii.

Elektronegativita boru na Paulingově stupnici je 2,04, zatímco u dusíku má hodnotu 3,04, což má za následek snížení elektronové hustoty na atomech boru a volný elektronový pár na dusíku tak vytváří různé mezomerní struktury.

Borazin Mesomers.png

Bor se chová jako Lewisova kyselina a dusík jako Lewisova zásada.

Aromaticita[editovat | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete v článku Aromaticita.

Vzhledem k jeho podobnosti s benzenem bylo u borazinu provedeno několik výpočetních a experimentálních analýz ohledně aromaticity. Počet pí elektronů v molekule borazinu odpovídá pravidlu 4n + 2 a délky všech vazeb B-N jsou stejné, což naznačuje, že by mělo jít o aromatickou sloučeninu. Rozdíly v elektronegativitě mezi borem a dusíkem však způsobují nerovnoměrné rozdělení náboje, které vede k více iontové povaze vazeb a delokalizace elektronů tak je slabší. Borazin je se standardní slučovací entalpií ΔHf −531 kJ/mol tepelně značně stabilní.

Přirozené vazebné orbitaly[editovat | editovat zdroj]

Analýzou přirozených vazebných orbitalů bylo zjištěno, že borazin je jen slabě aromatický.[5]

V modelu přirozených vazebných orbitalů jsou vazby B-N v cyklu mírně odchýlené od spojnic atomových jader a B a N mají rozdílné náboje. Na základě analýzy přirozeného chemického stínění byla získána další data podporující aromaticitu vazeb B-N. Výpočty založenými na přirozených vazebných orbitalech se ukázalo, že tyto vazby π vytvářejí slabý kruhový proud, který naznačuje určitou míru delokalizace.

Elektronová lokalizační funkce (ELF)[editovat | editovat zdroj]

Topologickou analýzou prostřednictvím elektronové lokalizační funkce (ELF) lze zjistit, že borazin může být popsán jako π aromatická sloučenina. Vazby v borazinu jsou ovšem méně delokalizované než v benzenu.[6]

Reaktivita[editovat | editovat zdroj]

Hydrolýza[editovat | editovat zdroj]

Borazin se snadno hydrolyzuje za vzniku kyseliny borité, amoniaku a vodíku.

Polymerizace[editovat | editovat zdroj]

Zahříváním borazinu na 70 °C se uvolňuje vodík a vzniká polyborazylen:

n B3N3H6 → 1/n[B3N3H4]n
Polyborazylen

Reakce s halogenovodíky a halogeny[editovat | editovat zdroj]

chlorovodíkem vytváří borazin adukt.

B3N3H6 + 3 HCl → B3N3H9Cl3
Adiční reakce borazinu s chlorovodíkem
B3N3H9Cl3 + NaBH4 → (BH4N)3
Redukce borazinu tetrahydridoboritanem sodným

K provedení adiční reakce s bromem není nutný katalyzátor. U borazinů probíhají nukleofilní ataky na atomy boru a elektrofilní na atomy dusíku.

Prekurzor keramických materiálů[editovat | editovat zdroj]

Nitrid boritý lze připravit zahříváním polyborazylenu na 1 000 °C.[3]

Boraziny se také používají na výrobu dalších keramických materiálů, například karbonitridů boru. Rovněž mohou sloužit jako prekurzory při přípravě tenkých vrstev a jednovrstevných povlaků hexagonálního nitridu boritého na povrchu katalyzátorů, jako jsou měď,[7] platina,[8] nikl,[9] železo[10] i další, pomocí chemické depozice z plynné fáze.

Příprava karbonitridů boru, prvním krokem je hydroborace za vzniku oligomerního prekurzoru a druhým pyrolýza

Polyborazyleny byly navrženy jako možné materiály pro uchovávání vodíku v palivových článcích.[11]

Společně s jinými sloučeninami typu B-N byly u smíšených amino-nitrovaných borazinů zjištěny výbušné vlastnosti podobné jako u CL-20.[12][13]

Podobné sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete v článku Heterocyklické sloučeniny.

C2H2B2N2 je šestičlenný heterocyklus obsahující dva atomy uhlíku, dva dusíky a dva atomy boru ve dvojicích naproti sobě.[14][15]

1,2-Dihydro-1,2-azaborin (C4BNH6) je šestičlenný heterocyklus se čtyřmi atomy uhlíku, jedním dusíkem a jedním borem.

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Borazine na anglické Wikipedii.

  1. Duward Shriver; Peter Atkins. Inorganic Chemistry. New York: W. H. Freeman and Company, 2010. ISBN 978-1429218207. S. 328. 
  2. Alfred Stock; Erich Pohland. Borwasserstoffe, VIII. Zur Kenntnis des B2H6 und des B5H11. Chemische Berichte. 1926, s. 2210–2215. DOI:10.1002/cber.19260590906. 
  3. a b Thomas Wideman; Paul J. Fazen; Anne T. Lynch; Kai Su; Edward E. Remsen; Larry G. Sneddon. Borazine, Polyborazylene, β‐Vinylborazine, and Poly(β‐Vinylborazine). Inorganic Syntheses. 1998. DOI:10.1002/9780470132630.ch39. 
  4. R. Boese; A. H. Maulitz; P. Stellberg. Solid-State Borazine: Does it Deserve to be Entitled "Inorganic Benzene"?. Chemische Berichte. 1994, s. 1887–1889. DOI:10.1002/cber.19941271011. 
  5. W. Shen; M. Li; F. Li; S. Wang. Theoretical study of borazine and its derivatives. Inorganica Chimica Acta. 2007, s. 619–624. DOI:10.1016/j.ica.2006.08.028. 
  6. J. C. Santos; W. Tiznado; R. Contreras; P. Fuentealba. Sigma-pi separation of the electron localization function and aromaticity. The Journal of Chemical Physics. 2004, s. 1670–1673. DOI:10.1063/1.1635799. PMID 15268298. Bibcode:2004JChPh.120.1670S. 
  7. In Situ Observations during Chemical Vapor Deposition of Hexagonal Boron Nitride on Polycrystalline Copper. Chemistry of Materials. 2014, s. 6380–6392. DOI:10.1021/cm502603n. PMID 25673919. 
  8. G. Kim; A. R. Jang; H. Y. Jeong; Z. Lee; D. J. Kang; H. S. Shin. Growth of high-crystalline, single-layer hexagonal boron nitride on recyclable platinum foil. Nano Letters. 2013, s. 1834–1839. DOI:10.1021/nl400559s. PMID 23527543. Bibcode:2013NanoL..13.1834K. 
  9. Shahana Chatterjee; Zhengtang Luo; Muharrem Acerce; Douglas M. Yates; A. T. Charlie Johnson; Larry G. Sneddon. Chemical Vapor Deposition of Boron Nitride Nanosheets on Metallic Substrates via Decaborane/Ammonia Reactions. Chemistry of Materials. 2011-10-25, s. 4414–4416. ISSN 0897-4756. DOI:10.1021/cm201955v. 
  10. Nucleation control for large, single crystalline domains of monolayer hexagonal boron nitride via Si-doped Fe catalysts. Nano Letters. 2015, s. 1867–1875. DOI:10.1021/nl5046632. PMID 25664483. Bibcode:2015NanoL..15.1867C. 
  11. Efficient regeneration of partially spent ammonia borane fuel. Angewandte Chemie. 2009, s. 6812–6816. DOI:10.1002/anie.200900680. PMID 19514023. 
  12. E. C. Koch; T. M. Klapötke. Boron-Based High Explosives. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2012, s. 335–344. DOI:10.1002/prep.201100157. 
  13. Polymorphism, fluorescence, and optoelectronic properties of a borazine derivative. Chemistry. 2013, s. 7771–7779. Dostupné online. DOI:10.1002/chem.201204598. 
  14. Ambrish Kumar Srivastava; Neeraj Misra. Introducing "carborazine" as a novel heterocyclic aromatic species. New Journal of Chemistry. 2015, s. 2483-2488. DOI:10.1039/c4nj02089h. 
  15. D. Bonifazi; F. Fasano; M. M. Lorenzo-Garcia; D. Marinelli; H. Oubaha; J. Tasseroul. Boron-nitrogen doped carbon scaffolding: organic chemistry, self-assembly and materials applications of borazine and its derivatives. Chemical Communications. 2015, s. 15222-15236. DOI:10.1039/C5CC06611E. PMID 26411675.