硼氢化钠( 钠 borohydride),又称四氢硼酸钠,是一种 无机化合物 , 分子式 为NaBH4,白色至灰白色结晶性粉末,吸湿性强,其碱性溶液呈棕黄色,是最常用的 还原剂 之一。 摩尔质量 为37.83g/ 摩尔 ,密度为1.07g/cm³,溶于水、 液氨 、胺类,易溶于 甲醇 ,微溶于 乙醇 、 四氢呋喃 ,不溶于 乙醚 、苯、烃。在干空气中稳定,在湿空气中分解,500℃加热下也分解。
硼氢化钠在无机合成和 有机合成 中硼氢化钠常用做还原剂。通常情况下,硼氢化钠无法还原酯[zhǐ], 酰胺 , 羧酸 及腈[jīng]类化合物,但当酯的 羰基 α位有杂 原子 存在时例外,可以将酯还原。 通常用作 醛类 、酮[tóng]类、 酰氯 类的还原剂,塑料工业的 泡沫剂 , 造纸 过氧化钠 ,以及医药工业制造双氢 链霉素 的氢化剂。
硼氢酸钠是一种强 还原剂 ,与其接触后可能会有有 咽喉痛 、咳嗽、呼吸急促、头痛、腹痛、 腹泻 、眩晕、眼 结膜 充血、疼痛等不良症状。应储藏在阴凉、干燥的仓库中。防潮、防震,不可与 无机酸 共同储藏或运输,远离热源及易燃物品。 2017年,硼氢化钠被列入《易制爆危险化学品名录》, 并按照《易制爆危险化学品治安管理办法》管控。
发展简史
硼氢
化钠是由H·C·Brown和他的老板Schlesinger于1942年在 芝加哥大学 发现的。当时的目的是为了研究 硼烷 和 一氧化碳 配位化合物 的性质,但却发现了硼烷对有机 羰基化合物 的还原能力。由于当时 三氟化硼 属于稀有物质,因此并没有引起有机化学家的重视。硼烷 化学 的发展得益于 第二次世界大战 ,当时 美国国防部 需要寻找一种分子量尽量小的 挥发性 化合物用于裂变材料铀235的富集。硼氢化铀U(BH)符合这个要求。该化合物的合成需要用到 氢化锂 ,然而氢化锂的供应很少,于是便宜的 氢化钠 便被用来作原料,而硼氢化钠就在这个过程中被发现。后来,因为 六氟化铀 的处理工艺问题得到解决,美国国防部便放弃了通过硼氢化铀来富集铀235的计划,而Brown的研究课题就变成了如何方便地制备硼氢化钠。Army Signal Corps公司对这个新化合物的野外就地制备大量 氢气 的用途产生了兴趣。在他们的资助下,开展了相关的工业化研究。用醚类 溶剂 重结晶 得到纯品硼氢化钠。
结构
硼氢化钠有α、β、γ三种晶型。室温下是α型的NaCl结构 立方晶系 ;6.3GPa下转变为β型四方 晶体 ,8.9GPa下转变为γ型正交型晶体。
理化性质
物理性质
白色结晶粉末。溶于水、 液氨 、胺类。微溶于 甲醇 、 乙醇 、 四氢呋喃 。不溶于 乙醚 、苯、烃类.。在干空气中稳定。在湿空气中分解。加热至400℃也分解。
储存条件:室温储存
化学性质
硼氢化钠具有较强的选择还原性,少量硼氢化钠可以将腈还原成醛,过量则还原成胺。能够将羰[tāng]基、 醛基 选择还原成羟基,也可以将 羧基 还原为醛基,但是与碳碳 双键 、叁键都不发生反应:CH=CHCHCHO-------->CH=CHCHCHOH。
硼氢化钠是一种 无机化合物 ,在室温下与甲醇迅速反应生成 氢气 。吸湿性强,容易吸水 潮解 ,在 无机化合物 合成和 有机合成 中硼氢化钠常用做 还原剂 。硼氢化钠具有较强的选择还原性,能够将羰基选择还原成羟基,但是与碳碳双键、叁键都不发生反应。少量硼氢化钠可以将腈还原成醛,过量则还原成胺。
硼氢化钠可以在非常温和的条件下实现醛酮 羰基 的还原,生成一级醇、二级醇。还原步骤是先把 底物 溶于 溶剂 ,一般是 甲醇 或者 乙醇 ,然后用冰浴冷却,将硼氢化钠粉末加入 混合物 搅拌至反应完全即可。硼氢化钠是一种中等强度的还原剂,所以在反应中表现出良好的 化学 选择性,只还原活泼的醛酮羰基,而不与酯、 酰胺 作用,一般也不与碳碳 双键 、叁键发生反应。少量硼氢化钠可以将腈还原成醛,过量则还原成胺。
硼氢化钠是比较温和的 还原剂 ,它对醛、酮的还原效果比较好。常用溶剂是醇,四氢呋[fū]喃,二甲基甲酰胺(DMF),水等。它一般不还原 酯基 , 酰胺 ,但在高浓度,高温再配合合适 溶剂 或用 路易斯酸 催化 时,可以还原酯基等比较弱的 羰基 。
还原醛,酮不仅温和,而且效果很好。基本的操作:使用 甲醇 或者 乙醇 为溶剂,醛酮 羰基化合物 与硼氢化钠的物质量1:1就足够了。温度可以采用阶段升温法,比如开始用50度,当反应足够时间后如1小时,再回流反应,薄层监视进度即可。反应一般是很彻底的。一般讲,溶剂用量只要能够满足反应后不至于形成白色粘浆即可。反应不需要严格 碘化钠 ;甚至有用水当作 溶剂 的例子:比如还原对 甲酰基 苯甲酸 ,还原的是甲酰基(甲醛),先用 氢氧化钠 中和了 羧基 ,然后在水中反应即可成功还原甲酰基。
硼氢化钠在酸性条件会快速分解释放 氢气 ,所以它不能在酸性条件反应,但可以在碱性条件下使用。硼氢化钠接触 羧酸 是会快速分解释放氢气。所以它不能单独还原羧酸,必须与碘联合使用,先与羧酸反应至气泡停止后就加入碘,继续放气体。随后加入 盐酸 分解形成的硼酸酯,就可以获得醇。注意:反应要在 碘化钠 四氢呋喃 ( 四氢呋喃 )进行,四氢呋喃(THF)必须钠回流至二苯酮变蓝才能使用!否则在羧酸与硼氢化钠反应过程中形成乳状物,而不是澄清液体。
用硼氢化钠与无水 氯化锌 (200度以上脱水干燥)在无水四氢呋喃(THF)中反应3小时后,制得 硼氢化锌 。该溶液 混合物 不需要进行分离纯化,就可以当作硼氢化锌使用,来在四氢呋喃(THF)的回流温度下还原 羧酸 或者酯, 收率 不错,但是 双键 可能会有些受影响,比如还原 肉桂酸 ,会有一部分双键还原的产物。
化学反应式:
4 氢化钠 +B(OCH)→NaBH+3NaOCH产物是两种固体。
NaBO+16Na+8H+7SiO→4NaBH+7NaSiO这个反应在723-773K、3-5个 氢气 压下即可完成反应。
Nabo +4Na+2H+2SiO→NaBH+2NaSiO
制备方法
1.干法:用 碘化钠 硼砂 和 石英砂 在高温熔融下反应生成硼 硅酸钠 ,将后者粉碎后与 钠 和 氢气 ,在450~500℃温度和(3.04~5.07)×105Pa压力下反应,生成硼氢化钠和硅酸钠。
2.湿法: 氢化钠 硼酸三甲酯 法将硼酸和适量 甲醇 加入精馏釜中, 徐徐 加热,在54℃全回流2小时,然后收集硼酸甲酯与甲醇共沸液。 共沸 液经 硫酸 处理,精馏后可得较纯产物。将由 氢气 与钠作用而得的氢化钠送入缩合反应罐中,在搅拌下加热至220℃左右开始加硼酸甲酯,至260℃时停止加热;加料温度控制在280℃以下,加料后继续搅拌,使其充分反应。反应完成后冷却至100℃以下,离心分离,得缩合产物滤饼。在 水解 器中加入适量的水,将滤饼缓慢加入水解器中,控制温度在50℃以下,加料完毕后升温至80℃,离心分离,水解液则送人分层器中静止1h后自动分层,下层水解液即为硼氢化钠溶液。
其化学反应 方程式 是:
HBO电视网 +3CHOH→B(OCH)+3HO
2Na+H→2 氢化钠
4 氢化钠 +B(OCH)→NaBH+3CHONa
应用领域
硼氢化钠可用作 醛类 、酮类和 酰氯 类的 还原剂 ,制造 硼氢化钾 的中间体,制造 乙硼烷 和其他 高能燃料 的原料,用作塑料工业的 泡沫剂 , 造纸 工业含汞污水的处理剂、造纸 过氧化钠 ,以及医药工业制造双氢 链霉素 的氢化剂。
硼氢化钠的氢在这里显-1价故有很强还原性可以还原有一定氧化性的 无机化合物 ,它主要用于 有机合成 中的-COOH还原成-CH2OH,起到有机合成的很大作用所以被成为“万能还原剂”。是一种良好的还原剂,它的特点是性能稳定,还原时有选择性。可用作 醛类 ,酮类和 酰氯 类的 还原剂 ,塑料的发泡剂,制造双氢链霉素的氢化剂,制造 硼氢化钾 的中间体,合成 硼烷 的原料,以及用于 造纸 工业和含汞污水的处理剂。
硼氢化钠给有机化学家们提供了一种非常便利温和的还原醛酮类物质的手段。在此之前,通常要用金属/醇的办法来还原 羰基化合物 ,而硼氢化钠可以在非常温和的条件下实现醛 酮基 的还原,生成一级醇和二级醇。还原步骤是先将 底物 溶于 溶剂 ,一般是 甲醇 或者 乙醇 ,再用冰浴冷却,将硼氢化钠粉末加入 混合物 搅拌至反应完全即可。反应过程可以用 薄层色谱法 监测。如果溶剂不是醇,那么需要另加甲醇或者乙醇一同反应。硼氢化钠是一种中等强度的 还原剂 ,在反应中表现出良好的 化学 选择性,只还原活泼的醛酮羰基,而不与酯、 酰胺 作用。
毒性
与硼氢化钠接触后有 咽喉痛 ,咳嗽,呼吸急促,头痛,腹痛, 腹泻 ,眩晕,眼 结膜 充血,疼痛等症状。应防止粉尘 飞扬 ,加强通风或戴防护面具,注意对眼睛的保护,戴密闭式防护眼镜,不准在工作时进食、喝水及吸烟。中毒后迅速离开现场,半卧位休息,吸入新鲜空气,用大量水冲洗眼睛,脱去被沾染衣服,淋洗全身;进入 消化道 者,立即 漱口 ,大量饮水催吐,随即送医院治疗。泄漏时戴过滤式防护面具仔细清扫漏物。
注意事项
皮肤接触:脱去污染的衣着,立即用流动清水彻底冲洗。
眼睛接触:立即提起眼睑,用流动清水或 生理盐水 冲洗至少15分钟。
吸入:脱离现场至空气新鲜处。保持 呼吸道 通畅。必要时进行人工呼吸。就医。
食入:误服者立即漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
呼吸系统 防护:作业工人应该佩戴防尘口罩。必要时建议佩戴自给式呼吸器。
眼睛防护:戴 化学 安全防护眼镜。
身体防护:穿相应的防护服。
手防护:戴防护手套。
灭火方法:干粉、 松软土 。禁止用水。禁止用泡沫。
其它:工作现场严禁吸烟。进行就业前和定期的体检。
侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。
健康危害:本品强烈刺激粘膜、 急性上呼吸道感染 、眼睛及皮肤。吸入后,可因喉和 支气管 的 肌肉痉挛 、炎症和水肿,化学性肺炎和 肺水肿 而致死。口服腐蚀 消化道 。
急性毒性:LD5018mg/kg(大鼠腔膜内)
危险特性:遇水、潮湿空气、酸类、 氧化剂 、高热及明火能引起燃烧。
燃烧(分解)产物:氧化硼、 氢气 。
泄漏应急处理:隔离泄漏污染区,周围设 警告标志 ,切断火源。建议应急处理人员戴好防毒面具,穿 化学 防护服。不要直接接触泄漏物,禁止向泄漏物直接喷水,更不要让水进入包装容器内。用清洁的铲子收集于干燥净洁有盖的容器中,转移至 安全地带 。如果大量泄漏,收集回收或无害处理后废弃。
被列入《易制爆危险化学品名录》,并按照《易制爆危险化学品治安管理办法》管控。
安全术语
S22:切勿吸入粉尘。(Do not breathe dust.)
S26 :不慎与眼睛接触后,请立即用大量清水冲洗并征求医生意见。(In case of contact with eyes, rinse immediately with PLENTY of H₂O and seek medical advice.)
S36 /37/39:穿戴适当的防护服、手套和护目镜或面具。(Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.)
S45:若发生事故或感不适,立即就医(可能的话,出示其标签)。(In case of 意外事故 or if you feel unwell, seek medical advice immediately (show the label whenever possible.)
风险术语
R15:遇水释放极易燃烧的气体。(Contact with H₂O liberates extremely flammable gases. )
R23/24/:吸入、皮肤接触及吞食有毒。(25Toxic by inhalation, in contact with skin and if swallowed.)
R34:引起灼伤。(Causes burns.)