Alan (chemie)
Alan | |
---|---|
![]() Model struktury | |
Obecné | |
Systematický název | alan |
Ostatní názvy | hydrid hlinitý |
Sumární vzorec | AlH3 |
Vzhled | bezbarvá až bílá pevná látka[1] |
Identifikace | |
Registrační číslo CAS | 7784-21-6 |
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP) | 232-053-2 |
PubChem | 14488 |
ChEBI | 30136 |
SMILES | [AlH3] |
InChI | InChI=1S/Al.3H |
Vlastnosti | |
Molární hmotnost | 30,005 g/mol |
Teplota tání | 150 °C (423 K) (rozklad od 105 °C) |
Hustota | 1,477 g/cm3[1] |
Rozpustnost ve vodě | reaguje |
Rozpustnost v polárních rozpouštědlech | reaguje s ethanolem |
Rozpustnost v nepolárních rozpouštědlech | rozpustný v diethyletheru |
Termodynamické vlastnosti | |
Standardní slučovací entalpie ΔHf° | −11,4 kJ/mol |
Standardní molární entropie S° | 30 J⋅K−1⋅mol−1 |
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf° | 46,4 kJ/mol |
Bezpečnost | |
[1] | |
H-věty | H260 H314[1] |
P-věty | P223 P231+232 P260 P264 P280 P301+330+331 P303+361+353 P304+340 P305+351+338 P310 P321 P335+334 P363 P370+378 P402+404 P405 P501[1] |
Některá data mohou pocházet z datové položky. |
Alan (také nazývaný hydrid hlinitý nebo aluman) je anorganická sloučenina se vzorcem AlH3. V čistém stavu jde o bílou pevnou látku, vzorky však mohou být našedlé v důsledku přítomnosti nečistot a snižování velikosti částic. V závislosti na podmínkách přípravy může být povrch této látky pasivován tenkou vrstvou oxidu a/nebo hydroxidu hlinitého. Alan a jeho deriváty se používají v organické syntéze jako redukční činidla.[2]
Struktura[editovat | editovat zdroj]
Alan vytváří polymer, někdy se tak pro něj používá vzorec (AlH3)n. Vyskytuje se v různých polymorfech, označovaných α-alan, α’-alan, β-alan, γ-alan, δ-alan, ε-alan a ζ-alan. α-Alan se vyskytuje v podobě krychlí, α’-alan vytváří jehlicovité krystaly a γ-alan shluky jehlic. Alan se rozpouští v tetrahydrofuranu (THF) a diethyletheru. Rychlost krystalizace pevného alanu z etheru závisí na způsobu přípravy.[3]
Krystalová struktura α-alanu se skládá z atomů hliníku obklopených 6 atomy vodíku a spojenými s dalšími 6 atomy hliníku. Vzdálenosti Al-H jslou stejné (172 pm) a úhly Al-H-Al činí 141°.[4]
![]() |
![]() |
![]() |
jednotková buňka α-AlH3 | koordinace Al | koordinace H |
α-Alan je ze všech polymorfů tepelně nejstálejší. β-alan a γ-alan vznikají společně a zahříváním se mění na α-alan. δ-, ε- a θ-alan se tvoří za odlišných podmínek. I když jsou méně tepelně stálé, tak se δ, ε a θ polymorfy po zahřátí nepřeměňují na α-alan.[3]
Molekulové formy[editovat | editovat zdroj]
Monomerní AlH3 byl izolován za nízkých teplot v pevné matrici ze vzácného plynu a bylo zjištěno, že jeho molekuly jsou rovinné.[5]
Dimer Al2H6 byl izolován v pevném vodíku; zjistilo se, že je isostrukturní s diboranem (B2H6) a digallanem (Ga2H6).[6][7]
Příprava[editovat | editovat zdroj]
Hydridy hliníku a jejich komplexy jsou známy dlouhou dobu.[8] První příprava alanu byla popsána v roce 1947 a v roce 1999 byl na ní získán patent.[9][10] Hydrid hlinitý se připravuje reakcí hydridu lithnohlinitého s chloridem hlinitým;[11] v průběhu syntézy se tvoří chlorid lithný, který je třeba odstraňovat:
- 3 LiAlH4 + AlCl3 → 4 AlH3 + 3 LiCl
Etherový roztok alanu je třeba ihned použít, protože dochází k rychlému srážení polymeru; roztoky hydridu hlinitého se po třech dnech rozkládají. Hydrid hlinitý je reaktivnější než hydrid lithnohlinitý, LiAlH4.[3]
Je známo několik dalších způsobů přípravy:
- 2 LiAlH4 + BeCl2 → 2 AlH3 + Li2BeH2Cl2
- 2 LiAlH4 + H2SO4 → 2 AlH3 + Li2SO4 + 2 H2
- 2 LiAlH4 + ZnCl2 → 2 AlH3 + 2 LiCl + ZnH2
- 2 LiAlH4 + I2 → 2 AlH3 + 2 LiI + H2
Electrochemická syntéza[editovat | editovat zdroj]
Alan lze také vytvořit elektrochemicky;[12][13][14][15] k čemuž bylo vyvinuto několik postupů.[16][17] Elektrochemicky připravený alan neobsahuje pozůstatky chloridů. Tvorba alanu v Clasenových elektrochemických článcích obsahujících tetrahydrofuran jako rozpouštědlo, tetrahydridohlinitan sodný jako elektrolyt, hliníkovou anodu a železný drát potopený do rtuti, má dva možné navržené mechanismy. Sodík vytvoří se rtutí amalgám, který brání tvorbě vedlejších produktů, vodík vzniklý první reakcí je tak zachycen a reaguje s amalgámem za vzniku hydridu sodného. Při Clasenově přípravě nedochází ke ztrátě výchozího materiálu.
Při použití nerozpustné anody bude reakce probíhat podle rovnice 1, u rozpustné podle rovnice 2:
- AlH4− − e− → AlH3 · nTHF + Šablona:FracH2
- 3AlH4− + Al − 3e− → 4AlH3 · nTHF
U reakce 2 se anoda spotřebovává, což omezuje množství hydridu, které lze získat s daným článkem.
Alan může být z reakční směsi vykrystalizován.[14][15]
Hydrogenace hliníku za vysokého tlaku[editovat | editovat zdroj]
α-AlH3 může být připraven hydrogenací hliníku při 10 GPa a 600 °C. Reakcí zkapalněného vodíku se tvoří α-AlH3, který může být obnoven za běžných podmínek.[18]
Reakce[editovat | editovat zdroj]
Tvorba aduktů s Lewisovými zásadami[editovat | editovat zdroj]
AlH3 vytváří adukty se silnými Lewisovými zásadami, může například reagovat s trimethylaminem za vzniku 1:1 i 1:2 komplexu. 1:1 komplex je v plynném skupenství tetraedrický, zatímco jako pevná látka tvoří dimer s můstkovými atomy vodíku, (NMe3Al(μ-H))2.[19]
1:2 komplex má trigonálně bipyramidovou strukturu. Některé adukty, například dimethylethylaminalan, NMe2Et · AlH3, se teplem rozkládají na hliník a mohou být využity v MOCVD.[20]
Komplex alanu s diethyletherem vzniká podle této rovnice:
- AlH3 + (C2H5)2O → H3Al · O(C2H5)2
Reakcí s hydridem lithným v etheru se vytváří hydrid lithno-hlinitý:
- AlH3 + LiH → LiAlH4
Redukce funkčních skupin[editovat | editovat zdroj]
Hydrid hlinitý se nejčastěji používá k redukcím různých funkčních skupin.[21]
Reakce hydridu hlinitého se v mnohém podobají těm, které vykazuje hydrid lithno-hlinitý; mimo jiné redukuje aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny a jejich anhydridy, acylchloridy, estery a laktony na příslušné alkoholy. Amidy, nitrily a oximy se reakcemi s AlH3 mění na aminy.
Ohledně selektivity funkčních skupin se alan liší od ostatních hydridů, například v následující redukci cyklohexanonu dával hydrid lithnohlinitý trans a cis produkt v poměru 1,9:1, zatímco u hydridu hlinitého poměr trans:cis činil 7,3 : 1.[22]
![Stereoselektivní redukce substituovaného cyklohexanonu hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/Functional_Group_Reduction_1.svg/300px-Functional_Group_Reduction_1.svg.png)
Alan umožňuje provádět hydroxymethylace některých ketonů.[23] Samotné ketony se neredukují, protože jsou chráněny jako enoláty.
![Redukce funkčních skupin hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/67/Functional_Group_Reduction_2.svg/300px-Functional_Group_Reduction_2.svg.png)
Organohalogenidy se hydridem hlinitým neredukují vůbec nebo jen pomalu, přítomností halogenových substituentů tak lze umožnit redukce reaktivních funkčních skupin, jako jsou karboxylové kyseliny.[24]
![Redukce funkčních skupin hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/49/Functional_Group_Reduction_3.svg/300px-Functional_Group_Reduction_3.svg.png)
Nitroskupiny hydrid hlinitý neredukuje, takže může být použit na redukce esterů. které je obsahují.[25]
![Redukce esterů hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Functional_Group_Reduction_4.svg/300px-Functional_Group_Reduction_4.svg.png)
Hydridem hlinitým lze zredukovat acetaly na částečně chráněné dioly.[26]
![Redukce acetalů hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fd/Functional_Group_Reduction_5.svg/300px-Functional_Group_Reduction_5.svg.png)
Alan se též může účastnit otevírání kruhů epoxidů.[27]
![Redukce epoxidů hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/61/Epoxide_Ring_Opening.jpg/300px-Epoxide_Ring_Opening.jpg)
Allylové přesmyky za přítomnosti AlH3 probíhají SN2 mechanismem a nejsou závislé na sterických vlastnostech reaktantů.[28]
![Redukce fosfinů hydridem hlinitým](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b2/Allylic_rearrangement_reaction.svg/300px-Allylic_rearrangement_reaction.svg.png)
AH3 reaguje po zahřátí i s oxidem uhličitým, vzniká přitom methan:
- 4 AlH3 + 3 CO2 → 3 CH4 + 2 Al2O3
Hydroaluminace[editovat | editovat zdroj]
Hydrid hlinitý reaguje s propargylalkoholy.[29] Za přítomnosti chloridu titaničitého se se může navázat na dvojné vazby;[30] tato reakce je podobná hydroboraci.
![Hydroaluminace hex-1-enu](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c8/Hydroalumination.svg/300px-Hydroalumination.svg.png)
Bezpečnost[editovat | editovat zdroj]
Alan není hořlavý sám o sobě. Skladován by měl být podobně jako ostatní hydridová redukční činidla, jakým je například hydrid lithnohlinitý. Rozkládá se při styku se vzduchem a vodou, i když pasivace tento rozklad výrazně zpomaluje.[31]
Redukce trifluormethylových sloučenin alanem může probíhat explozivně.[32]
Odkazy[editovat | editovat zdroj]
Reference[editovat | editovat zdroj]
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Aluminium hydride na anglické Wikipedii.
- ↑ a b c d e https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/14488
- ↑ H. C. Brown; S. Krishnamurthy. Forty Years of Hydride Reductions. Tetrahedron. 1979, s. 567–607. DOI 10.1016/0040-4020(79)87003-9.
- ↑ a b c Šablona:Cite patent
- ↑ J. W. Turley; H. F. Rinn. The Crystal Structure of Aluminum Hydride. Inorganic Chemistry. 1969, s. 18–22. DOI 10.1021/ic50071a005.
- ↑ F. A. Kurth; R. A. Eberlein; H.-G. Schnöckel; A. J. Downs; C. R. Pulham. Molecular Aluminium Trihydride, AlH3: Generation in a Solid Noble Gas Matrix and Characterisation by its Infrared Spectrum and ab initio Calculations. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. 1993, s. 1302–1304. DOI 10.1039/C39930001302.
- ↑ L. Andrews; X. Wang. The Infrared Spectrum of Al2H6 in Solid Hydrogen. Science. 2003, s. 2049–2052. DOI 10.1126/science.1082456. PMID 12663923. Bibcode 2003Sci...299.2049A.
- ↑ C. R. Pulham; A. J. Downs; M. J. Goode; D. W. H. Rankin; H. E. Robertson. Gallane: Synthesis, Physical and Chemical Properties, and Structure of the Gaseous Molecule Ga2H6 as Determined by Electron Diffraction. Journal of the American Chemical Society. 1991, s. 5149–5162. DOI 10.1021/ja00014a003.
- ↑ F. M. Brower; N. E. Matzek; P. F. Reigler; H. W. Rinn; D. L. Schmidt; J. A. Snover; K. Terada. Preparation and Properties of Aluminum Hydride. Journal of the American Chemical Society. 1976, s. 2450–2454. DOI 10.1021/ja00425a011.
- ↑ A. E. Finholt; A. C. Bond; H. I. Schlesinger. Lithium Aluminum Hydride, Aluminum Hydride and Lithium Gallium Hydride, and Some of their Applications in Organic and Inorganic Chemistry. Journal of the American Chemical Society. 1947, s. 1199–1203. DOI 10.1021/ja01197a061.
- ↑ Šablona:Cite patent
- ↑ D. L. Schmidt; C. B. Roberts; P. F. Reigler; M. F. Lemanski; E. P. Schram. Aluminum Trihydride-Diethyl Etherate: (Etherated Alane). Inorganic Syntheses. 1973, s. 47–52. ISBN 9780470132456. DOI 10.1002/9780470132456.ch10.
- ↑ N. M. Alpatova; T. N. Dymova; Yu. Kessler; O. R. Osipov. Physicochemical Properties and Structure of Complex Compounds of Aluminium Hydride. Russian Chemical Reviews. 1968, s. 99–114. DOI 10.1070/RC1968v037n02ABEH001617. Bibcode 1968RuCRv..37...99A.
- ↑ K. N. Semenenko; B. M. Bulychev; E. A. Shevlyagina. Aluminium Hydride. Russian Chemical Reviews. 1966, s. 649–658. DOI 10.1070/RC1966v035n09ABEH001513. Bibcode 1966RuCRv..35..649S.
- ↑ a b R. Zidan; B. L. Garcia-Diaz; C. S. Fewox; A. C. Stowe; J. R. Gray; A. G. Harter. Aluminium hydride: a reversible material for hydrogen storage. Chemical Communications. 2009, s. 3717–3719. Dostupné online. DOI 10.1039/B901878F. PMID 19557259.
- ↑ a b M. J. Martinez-Rodriguez; B. L. Garcia-Diaz; J. A. Teprovich; D. A. Knight; R. Zidan. Aluminium hydride: a reversible material for hydrogen storage. Advances in the electrochemical regeneration of aluminum hydride. 2012, s. 545–550. DOI 10.1007/s00339-011-6647-y. Bibcode 2012ApPhA.106..545M.
- ↑ Šablona:Cite patent
- ↑ Šablona:Cite patent
- ↑ H. Saitoh; Y. Sakurai; A. Machida; Y. Katayama; K. Aoki. In situX-ray diffraction measurement of the hydrogenation and dehydrogenation of aluminum and characterization of the recovered AlH3. Journal of Physics: Conference Series. 2010, s. 012127. ISSN 1742-6596. DOI 10.1088/1742-6596/215/1/012127. Bibcode 2010JPhCS.215a2127S.
- ↑ J. L. Atwood; F. R. Bennett; F. M. Elms; C. Jones; C. L. Raston; K. D. Robinson. Tertiary Amine Stabilized Dialane. Journal of the American Chemical Society. 1991, s. 8183–8185. DOI 10.1021/ja00021a063.
- ↑ J.-H. Yun; B.-Y. Kim; S.-W. Rhee. Metal-Organic Chemical Vapor Deposition of Aluminum from Dimethylethylamine Alane. Thin Solid Films. 1998, s. 259–263. DOI 10.1016/S0040-6090(97)00333-7. Bibcode 1998TSF...312..259Y.
- ↑ P. Galatsis. Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. [s.l.]: [s.n.], 2001. ISBN 978-0-470-84289-8. DOI 10.1002/047084289X.rd245. Kapitola Diisobutylaluminum Hydride.
- ↑ D. C. Ayres; R. Sawdaye. The Stereoselective Reduction of Ketones by Aluminium Hydride. Journal of the Chemical Society B. 1967, s. 581–583. DOI 10.1039/J29670000581.
- ↑ E. J. Corey; D. E. Cane. Controlled Hydroxymethylation of Ketones. Journal of Organic Chemistry. 1971, s. 3070. DOI 10.1021/jo00819a047.
- ↑ Margaret J. Jorgenson. Selective reductions with aluminum hydride. Tetrahedron Letters. 1962, s. 559–562. DOI 10.1016/S0040-4039(00)76929-2.
- ↑ S. Takano; M. Akiyama; S. Sato; K. Ogasawara. A Facile Cleavage of Benzylidene Acetals with Diisobutylaluminum Hydride. Chemistry Letters. 1983, s. 1593–1596. Dostupné online. DOI 10.1246/cl.1983.1593.[nedostupný zdroj]
- ↑ W. J. Richter. Asymmetric Synthesis at Prochiral Centers: Substituted 1,3-Dioxolanes. Journal of Organic Chemistry. 1981, s. 5119–5124. DOI 10.1021/jo00338a011.
- ↑ K. Maruoka; S. Saito; T. Ooi; H. Yamamoto. Selective Reduction of Methylenecycloalkane Oxides with 4-Substituted Diisobutylaluminum 2,6-Di-tert-butylphenoxides. Synlett. 1991, s. 255–256. DOI 10.1055/s-1991-20698.
- ↑ A. Claesson; L.-I. Olsson. Allenes and Acetylenes. 22. Mechanistic Aspects of the Allene-Forming Reductions (SN2' Reaction) of Chiral Propargylic Derivatives with Hydride Reagents. Journal of the American Chemical Society. 1979, s. 7302–7311. DOI 10.1021/ja00518a028.
- ↑ E. J. Corey; J. A. Katzenellenbogen; G. H. Posner. New Stereospecific Synthesis of Trisubstituted Olefins. Stereospecific Synthesis of Farnesol. Journal of the American Chemical Society. 1967, s. 4245–4247. DOI 10.1021/ja00992a065.
- ↑ F. Sato; S. Sato; H. Kodama; M. Sato. Reactions of Lithium Aluminum Hydride or Alane with Olefins Catalyzed by Titanium Tetrachloride or Zirconium Tetrachloride. A Convenient Route to Alkanes, 1-Haloalkanes and Terminal Alcohols from Alkenes. Journal of Organometallic Chemistry. 1977, s. 71–79. DOI 10.1016/S0022-328X(00)91817-5.
- ↑ 2013 CFR Title 29 Volume 6 Section 1900.1200 Appendix B.12
- ↑ Ilya V. Taydakov. Serious Explosion during Large-Scale Preparation of an Amine by Alane (AlH3) Reduction of a Nitrile Bearing a CF3 Group. ACS Chemical Health & Safety. 2020-07-08, s. 235–239. ISSN 1871-5532. DOI 10.1021/acs.chas.0c00045.
Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]
Obrázky, zvuky či videa k tématu Alan na Wikimedia Commons
- Hydrid hlinitý na EnvironmentalChemistry.com
- [1]