fbpx
维基百科

环硼氮烷

一月 21, 2024

環硼氮烷（英語：Borazine）是一種非極性[2]的无机化合物，化学式为B3N3H6。該環狀化合物的結構中有三個B-H單元和三個N-H單元交替出現。它是苯的等电子体，故有時被稱為無機苯。與苯一樣，环硼氮烷是一種具有芳香氣味的無色液體。[3]

环硼氮烷
IUPAC名
1,3,5,2,4,6-Triazatriborinane
1,3,5,2,4,6-三氮雜三硼烷（僅預選[1]）
别名 環硼氮六烷
硼氮六環
無機苯
硼嗪
识别
CAS号 6569-51-3  Y
PubChem 138768
ChemSpider 122374
SMILES
 
  • [BH-]1-[NH+]=[BH-]-[NH+]=[BH-]-[NH+]=1
InChI
 
  • 1/B3H6N3/c1-4-2-6-3-5-1/h1-6H
InChIKey BGECDVWSWDRFSP-UHFFFAOYAU
ChEBI 33119
性质
化学式 B3H6N3
摩尔质量 80.50 g·mol⁻¹
外观 无色液体
密度 0.81 g/cm3
熔点 −58 °C（215 K）
沸点 53 °C（326 K）
磁化率 -49.6·10−6 cm3/mol
危险性
NFPA 704
2
2
1
 
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

合成 编辑

在1926年，化學家Alfred Stock和Erich Pohland通過乙硼烷與氨的反應合成了環硼氮烷。[4]

環硼氮烷可以通過乙硼烷和氨按1:2比例在250-300°C下反应合成，轉化率为50%。

3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3H6N3 + 12 H2

更有效的途徑為硼氫化鈉与氯化铵反应：[5]

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

在兩步法中，三氯化硼先轉化為三氯环硼氮烷：

3 BCl3 + 3 NH4Cl → B3Cl3H3N3 + 9 HCl

再使用硼氢化钠还原：

2 B3Cl3H3N3 + 6 NaBH4 → 2 B3H6N3 + 3 B2H6 + 6 NaCl

結構 编辑

環硼氮烷與苯為等電子體，具有相似的性質，因此有時也被稱為無機苯。由於硼和氮之間的電負性差異，它們並不完全相同。X射線晶體學結構測定表明，環硼氮烷內的鍵長都等於1.429Å，與苯性質相同。[6]然而，環硼氮烷並沒有形成完美的六邊形。硼原子的鍵角為117.1°，氮原子的鍵角為122.9°，使分子具有D3h對稱點群。

與氮的電負性（鮑林標度3.04）相比，硼的電負性（2.04）以及硼的缺乏電子和氮的孤對電子有利於環硼氮烷的內消旋體結構。

 

其中硼表現為路易斯酸，氮表現為路易斯鹼。

芳香性 编辑

主条目：芳香性

由於環硼氮烷與苯的相似性，因此對其芳香性進行了許多計算和實驗分析。環硼氮烷的π電子數遵從4n+2規則，B-N鍵長相等，表明其可能是芳香族化合物。然而硼和氮之間的電負性差異導致電荷共享不均，從而導致鍵具有更大的離子特性，因此預計其電子離域比全碳類似物差。環硼氮烷的標準生成焓變化量ΔHf為−531 kJ/mol，熱穩定性非常好。

自然鍵軌道 编辑

自然鍵軌道理論（NBO）分析表示環硼氮烷中的芳香性較弱。[7]在NBO模型中，環中的B-N鍵略微偏離原子核軸，B和N的電荷差異較大。核獨立化學位移（NCS）分析提供了一些進一步的證據，證明基於B-N π鍵對磁屏蔽的貢獻的芳香性。基於NBO軌道的計算表明，該 π 鍵允許產生微弱的環電流，在一定程度上抵消了環硼氮烷中心模擬的磁場。一個小的環電流確實表明存在一些離域現象。

電子局域函數 编辑

電子局域函數（ELF）對環硼氮烷中的成鍵進行拓撲分析，表明環硼氮烷可以認為是芳香族化合物。然而，基於電子盆地的分叉值差異，環硼氮烷中的鍵合比苯的鍵合離域性更差。較大的分叉值表示電子離域性較好，有人認為當該分岔值大於0.70時，其離域性就足以指定化合物為芳香族化合物。[8]對於苯，該值為0.91，但環硼氮烷的π系統在ELF值為0.682時分叉。[9]這是由於B和N之間的電負性差異，產生鍵的相互作用力比苯中C-C的相互作用力弱，導致電子在B-H和N-H單元上的定域化增加。分叉值略低于0.70的极限值，表明其有中等的芳香性。

性質與用途 编辑

水解 编辑

環硼氮烷很容易水解，生成硼酸、氨和氫氣。

聚合 编辑

 
聚環硼氮烷

在70°C下加熱環硼氮烷會放出氫氣並形成聚環硼氮烷：

n B3N3H6 → [B3N3H4]n

鹵化氫和鹵素 编辑

環硼氮烷與氯化氫形成加成物：

B3N3H6 + 3 HCl → B3Cl3N3H9
環硼氮烷與氯化氫的加成反應
B3Cl3N3H9 + NaBH4 → (BH4N)3
使用硼氫化鈉還原

環硼氮烷與溴的加成反應無需催化劑。其對硼進行親核攻擊，對氮進行親電攻擊。

陶瓷前體 编辑

氮化硼可通過將聚環硼氮烷加熱至1000°C製備。[5]

環硼氮烷也是其他潛在陶瓷的起始材料，例如碳氮化硼。環硼氮烷也可用作前體，在銅[10]、鉑[11]、鎳[12]、鐵[13]等催化表面使用化學氣相沉積法（CVD）生長六方氮化硼（h-BN）薄膜和單層。

 

其他用途 编辑

聚環硼氮烷已被提議作為氫燃料電池汽車應用的回收儲氫介質，使用「單罐」工藝進行消化和還原以重新生成硼烷氨。[14]

在其他B-N型化合物中，混合的氨基-硝基取代環硼氮烷已被預測優於碳基炸藥，如CL-20。[15][16]

參考資料 编辑

  1. ^ Front Matter. Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014: 968. ISBN 978-0-85404-182-4. doi:10.1039/9781849733069-FP001. 
  2. ^ Nelson, Ralph; et al. Selected values of electric dipole moments for molecules in the gas phase (PDF). American National Bureau of Standards. September 1, 1967, (10): 17 [2023-01-25]. （原始内容 (PDF)于2018-06-08）. 
  3. ^ Duward Shriver; Peter Atkins. Inorganic Chemistry Fifth. New York: W. H. Freeman and Company. 2010: 328. ISBN 978-1429218207. 
  4. ^ Stock A, Pohland E. Borwasserstoffe, VIII. Zur Kenntnis des B2H6 und des B5H11 [Boric acid solution, VIII Regarding knowledge of B2H6 and B5H11]. Berichte. October 1926, 59 (9): 2210–2215. doi:10.1002/cber.19260590906 （German）. 
  5. ^ 5.0 5.1 Wideman, Thomas; Fazen, Paul J.; Lynch, Anne T.; Su, Kai; Remsen, Edward E.; Sneddon, Larry G. Borazine, Polyborazylene, β-Vinylborazine, and Poly(β-Vinylborazine). Borazine, Polyborazylene, β‐Vinylborazine, and Poly(β‐Vinylborazine). Inorganic Syntheses 32. 1998: 232–242. ISBN 9780470132630. doi:10.1002/9780470132630.ch39. 
  6. ^ Boese R, Maulitz AH, Stellberg P. Solid-State Borazine: Does it Deserve to be Entitled "Inorganic Benzene"?. Chemische Berichte. 1994, 127 (10): 1887–1889. doi:10.1002/cber.19941271011. 
  7. ^ Shen W, Li M, Li F, Wang S. Theoretical study of borazine and its derivatives. Inorg. Chim. Acta. 2007, 360 (2): 619–624. doi:10.1016/j.ica.2006.08.028. 
  8. ^ Santos JC, Tiznado W, Contreras R, Fuentealba P. Sigma-pi separation of the electron localization function and aromaticity. The Journal of Chemical Physics. January 2004, 120 (4): 1670–3. Bibcode:2004JChPh.120.1670S. PMID 15268298. doi:10.1063/1.1635799. hdl:10533/175272  . 
  9. ^ Islas R, Chamorro E, Robles J, Heine T, Santos JC, Merino G. Borazine: to be or not to be aromatic. Struct. Chem. 2007, 18 (6): 833–839. S2CID 95098134. doi:10.1007/s11224-007-9229-z. 
  10. ^ Kidambi PR, Blume R, Kling J, Wagner JB, Baehtz C, Weatherup RS, et al. In Situ Observations during Chemical Vapor Deposition of Hexagonal Boron Nitride on Polycrystalline Copper. Chemistry of Materials. November 2014, 26 (22): 6380–6392. PMC 4311958  . PMID 25673919. doi:10.1021/cm502603n. 
  11. ^ Kim G, Jang AR, Jeong HY, Lee Z, Kang DJ, Shin HS. Growth of high-crystalline, single-layer hexagonal boron nitride on recyclable platinum foil. Nano Letters. April 2013, 13 (4): 1834–9. Bibcode:2013NanoL..13.1834K. PMID 23527543. doi:10.1021/nl400559s. 
  12. ^ Chatterjee S, Luo Z, Acerce M, Yates DM, Johnson AT, Sneddon LG. Chemical Vapor Deposition of Boron Nitride Nanosheets on Metallic Substrates via Decaborane/Ammonia Reactions. Chemistry of Materials. 2011-10-25, 23 (20): 4414–4416. ISSN 0897-4756. doi:10.1021/cm201955v （英语）. 
  13. ^ Caneva S, Weatherup RS, Bayer BC, Brennan B, Spencer SJ, Mingard K, et al. Nucleation control for large, single crystalline domains of monolayer hexagonal boron nitride via Si-doped Fe catalysts. Nano Letters. March 2015, 15 (3): 1867–75. Bibcode:2015NanoL..15.1867C. PMC 4358078  . PMID 25664483. doi:10.1021/nl5046632. 
  14. ^ Davis BL, Dixon DA, Garner EB, Gordon JC, Matus MH, Scott B, Stephens FH. Efficient regeneration of partially spent ammonia borane fuel. Angewandte Chemie. 2009, 48 (37): 6812–6. OSTI 960522. PMID 19514023. doi:10.1002/anie.200900680. 
  15. ^ Koch EC, Klapötke TM. Boron-Based High Explosives.. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2012, 37 (3): 335–344. doi:10.1002/prep.201100157. 
  16. ^ Kervyn S, Fenwick O, Di Stasio F, Shin YS, Wouters J, Accorsi G, et al. Polymorphism, fluorescence, and optoelectronic properties of a borazine derivative. Chemistry. June 2013, 19 (24): 7771–9 [2023-01-25]. PMID 23616404. S2CID 9774352. doi:10.1002/chem.201204598  . （原始内容于2021-02-21）. 

延伸閱讀 编辑

  • Sneddon LG, Mirabelli MG, Lynch AT, Fazen PJ, Su K, Beck JS. Polymeric precursors to boron based ceramics (PDF). Pure Appl. Chem. 1991, 63 (3): 407–410 [2023-01-25]. S2CID 53629042. doi:10.1351/pac199163030407. （原始内容 (PDF)于2012-02-08）. 
  • Jeon JK, Uchimaru Y, Kim DP. Synthesis of novel amorphous boron carbonitride ceramics from the borazine derivative copolymer via hydroboration. Inorganic Chemistry. August 2004, 43 (16): 4796–8. PMID 15285647. doi:10.1021/ic035254a. 
  • Paetzold P. New perspectives in boron-nitrogen chemistry - I (PDF). Pure Appl. Chem. 1991, 63 (3): 345–350 [2023-01-25]. S2CID 53659373. doi:10.1351/pac199163030345. （原始内容 (PDF)于2012-07-16）. 
  • Islas R. Borazine: to be or not to be aromatic. Structural Chemistry. 2007, 18 (6): 833–839. S2CID 95098134. doi:10.1007/s11224-007-9229-z. 
维基共享资源中相关的多媒体资源：环硼氮烷

一月 21, 2024
环硼氮烷, 環硼氮烷, 英語, borazine, 是一種非極性, 的无机化合物, 化学式为b3n3h6, 該環狀化合物的結構中有三個b, h單元和三個n, h單元交替出現, 它是苯的等电子体, 故有時被稱為無機苯, 與苯一樣, 是一種具有芳香氣味的無色液體, iupac名1, triazatriborinane1, 三氮雜三硼烷, 僅預選, 别名, 環硼氮六烷硼氮六環無機苯硼嗪识别cas号, 6569, ypubchem, 138768chemspider, 122374smiles, 1inchi, b3h6n. 環硼氮烷 英語 Borazine 是一種非極性 2 的无机化合物 化学式为B3N3H6 該環狀化合物的結構中有三個B H單元和三個N H單元交替出現 它是苯的等电子体 故有時被稱為無機苯 與苯一樣 环硼氮烷是一種具有芳香氣味的無色液體 3 环硼氮烷IUPAC名1 3 5 2 4 6 Triazatriborinane1 3 5 2 4 6 三氮雜三硼烷 僅預選 1 别名 環硼氮六烷硼氮六環無機苯硼嗪识别CAS号 6569 51 3 YPubChem 138768ChemSpider 122374SMILES BH 1 NH BH NH BH NH 1InChI 1 B3H6N3 c1 4 2 6 3 5 1 h1 6HInChIKey BGECDVWSWDRFSP UHFFFAOYAUChEBI 33119性质化学式 B3H6N3摩尔质量 80 50 g mol 外观 无色液体密度 0 81 g cm3熔点 58 C 215 K 沸点 53 C 326 K 磁化率 49 6 10 6 cm3 mol危险性NFPA 704 2 2 1 若非注明 所有数据均出自标准状态 25 100 kPa 下 目录 1 合成 2 結構 3 芳香性 3 1 自然鍵軌道 3 2 電子局域函數 4 性質與用途 4 1 水解 4 2 聚合 4 3 鹵化氫和鹵素 4 4 陶瓷前體 4 5 其他用途 5 參考資料 6 延伸閱讀合成 编辑在1926年 化學家Alfred Stock和Erich Pohland通過乙硼烷與氨的反應合成了環硼氮烷 4 環硼氮烷可以通過乙硼烷和氨按1 2比例在250 300 C下反应合成 轉化率为50 3 B2H6 6 NH3 2 B3H6N3 12 H2更有效的途徑為硼氫化鈉与氯化铵反应 5 6 NaBH4 3 NH4 2SO4 2 B3N3H6 3 Na2SO4 18 H2在兩步法中 三氯化硼先轉化為三氯环硼氮烷 3 BCl3 3 NH4Cl B3Cl3H3N3 9 HCl再使用硼氢化钠还原 2 B3Cl3H3N3 6 NaBH4 2 B3H6N3 3 B2H6 6 NaCl結構 编辑環硼氮烷與苯為等電子體 具有相似的性質 因此有時也被稱為無機苯 由於硼和氮之間的電負性差異 它們並不完全相同 X射線晶體學結構測定表明 環硼氮烷內的鍵長都等於1 429A 與苯性質相同 6 然而 環硼氮烷並沒有形成完美的六邊形 硼原子的鍵角為117 1 氮原子的鍵角為122 9 使分子具有D3h對稱點群 與氮的電負性 鮑林標度3 04 相比 硼的電負性 2 04 以及硼的缺乏電子和氮的孤對電子有利於環硼氮烷的內消旋體結構 nbsp 其中硼表現為路易斯酸 氮表現為路易斯鹼 芳香性 编辑主条目 芳香性 由於環硼氮烷與苯的相似性 因此對其芳香性進行了許多計算和實驗分析 環硼氮烷的p電子數遵從4n 2規則 B N鍵長相等 表明其可能是芳香族化合物 然而硼和氮之間的電負性差異導致電荷共享不均 從而導致鍵具有更大的離子特性 因此預計其電子離域比全碳類似物差 環硼氮烷的標準生成焓變化量DHf為 531 kJ mol 熱穩定性非常好 自然鍵軌道 编辑 自然鍵軌道理論 NBO 分析表示環硼氮烷中的芳香性較弱 7 在NBO模型中 環中的B N鍵略微偏離原子核軸 B和N的電荷差異較大 核獨立化學位移 NCS 分析提供了一些進一步的證據 證明基於B N p鍵對磁屏蔽的貢獻的芳香性 基於NBO軌道的計算表明 該 p 鍵允許產生微弱的環電流 在一定程度上抵消了環硼氮烷中心模擬的磁場 一個小的環電流確實表明存在一些離域現象 電子局域函數 编辑 電子局域函數 ELF 對環硼氮烷中的成鍵進行拓撲分析 表明環硼氮烷可以認為是芳香族化合物 然而 基於電子盆地的分叉值差異 環硼氮烷中的鍵合比苯的鍵合離域性更差 較大的分叉值表示電子離域性較好 有人認為當該分岔值大於0 70時 其離域性就足以指定化合物為芳香族化合物 8 對於苯 該值為0 91 但環硼氮烷的p系統在ELF值為0 682時分叉 9 這是由於B和N之間的電負性差異 產生鍵的相互作用力比苯中C C的相互作用力弱 導致電子在B H和N H單元上的定域化增加 分叉值略低于0 70的极限值 表明其有中等的芳香性 性質與用途 编辑水解 编辑 環硼氮烷很容易水解 生成硼酸 氨和氫氣 聚合 编辑 nbsp 聚環硼氮烷在70 C下加熱環硼氮烷會放出氫氣並形成聚環硼氮烷 n B3N3H6 B3N3H4 n鹵化氫和鹵素 编辑 環硼氮烷與氯化氫形成加成物 B3N3H6 3 HCl B3Cl3N3H9 環硼氮烷與氯化氫的加成反應B3Cl3N3H9 NaBH4 BH4N 3 使用硼氫化鈉還原環硼氮烷與溴的加成反應無需催化劑 其對硼進行親核攻擊 對氮進行親電攻擊 陶瓷前體 编辑 氮化硼可通過將聚環硼氮烷加熱至1000 C製備 5 環硼氮烷也是其他潛在陶瓷的起始材料 例如碳氮化硼 環硼氮烷也可用作前體 在銅 10 鉑 11 鎳 12 鐵 13 等催化表面使用化學氣相沉積法 CVD 生長六方氮化硼 h BN 薄膜和單層 nbsp 其他用途 编辑 聚環硼氮烷已被提議作為氫燃料電池汽車應用的回收儲氫介質 使用 單罐 工藝進行消化和還原以重新生成硼烷氨 14 在其他B N型化合物中 混合的氨基 硝基取代環硼氮烷已被預測優於碳基炸藥 如CL 20 15 16 參考資料 编辑 Front Matter Nomenclature of Organic Chemistry IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 Blue Book Cambridge The Royal Society of Chemistry 2014 968 ISBN 978 0 85404 182 4 doi 10 1039 9781849733069 FP001 Nelson Ralph et al Selected values of electric dipole moments for molecules in the gas phase PDF American National Bureau of Standards September 1 1967 10 17 2023 01 25 原始内容存档 PDF 于2018 06 08 Duward Shriver Peter Atkins Inorganic Chemistry Fifth New York W H Freeman and Company 2010 328 ISBN 978 1429218207 Stock A Pohland E Borwasserstoffe VIII Zur Kenntnis des B2H6 und des B5H11 Boric acid solution VIII Regarding knowledge of B2H6 and B5H11 Berichte October 1926 59 9 2210 2215 doi 10 1002 cber 19260590906 German 引文格式1维护 未识别语文类型 link 5 0 5 1 Wideman Thomas Fazen Paul J Lynch Anne T Su Kai Remsen Edward E Sneddon Larry G Borazine Polyborazylene b Vinylborazine and Poly b Vinylborazine Borazine Polyborazylene b Vinylborazine and Poly b Vinylborazine Inorganic Syntheses 32 1998 232 242 ISBN 9780470132630 doi 10 1002 9780470132630 ch39 Boese R Maulitz AH Stellberg P Solid State Borazine Does it Deserve to be Entitled Inorganic Benzene Chemische Berichte 1994 127 10 1887 1889 doi 10 1002 cber 19941271011 Shen W Li M Li F Wang S Theoretical study of borazine and its derivatives Inorg Chim Acta 2007 360 2 619 624 doi 10 1016 j ica 2006 08 028 Santos JC Tiznado W Contreras R Fuentealba P Sigma pi separation of the electron localization function and aromaticity The Journal of Chemical Physics January 2004 120 4 1670 3 Bibcode 2004JChPh 120 1670S PMID 15268298 doi 10 1063 1 1635799 hdl 10533 175272 nbsp Islas R Chamorro E Robles J Heine T Santos JC Merino G Borazine to be or not to be aromatic Struct Chem 2007 18 6 833 839 S2CID 95098134 doi 10 1007 s11224 007 9229 z Kidambi PR Blume R Kling J Wagner JB Baehtz C Weatherup RS et al In Situ Observations during Chemical Vapor Deposition of Hexagonal Boron Nitride on Polycrystalline Copper Chemistry of Materials November 2014 26 22 6380 6392 PMC 4311958 nbsp PMID 25673919 doi 10 1021 cm502603n Kim G Jang AR Jeong HY Lee Z Kang DJ Shin HS Growth of high crystalline single layer hexagonal boron nitride on recyclable platinum foil Nano Letters April 2013 13 4 1834 9 Bibcode 2013NanoL 13 1834K PMID 23527543 doi 10 1021 nl400559s Chatterjee S Luo Z Acerce M Yates DM Johnson AT Sneddon LG Chemical Vapor Deposition of Boron Nitride Nanosheets on Metallic Substrates via Decaborane Ammonia Reactions Chemistry of Materials 2011 10 25 23 20 4414 4416 ISSN 0897 4756 doi 10 1021 cm201955v 英语 Caneva S Weatherup RS Bayer BC Brennan B Spencer SJ Mingard K et al Nucleation control for large single crystalline domains of monolayer hexagonal boron nitride via Si doped Fe catalysts Nano Letters March 2015 15 3 1867 75 Bibcode 2015NanoL 15 1867C PMC 4358078 nbsp PMID 25664483 doi 10 1021 nl5046632 Davis BL Dixon DA Garner EB Gordon JC Matus MH Scott B Stephens FH Efficient regeneration of partially spent ammonia borane fuel Angewandte Chemie 2009 48 37 6812 6 OSTI 960522 PMID 19514023 doi 10 1002 anie 200900680 Koch EC Klapotke TM Boron Based High Explosives Propellants Explosives Pyrotechnics 2012 37 3 335 344 doi 10 1002 prep 201100157 Kervyn S Fenwick O Di Stasio F Shin YS Wouters J Accorsi G et al Polymorphism fluorescence and optoelectronic properties of a borazine derivative Chemistry June 2013 19 24 7771 9 2023 01 25 PMID 23616404 S2CID 9774352 doi 10 1002 chem 201204598 nbsp 原始内容存档于2021 02 21 延伸閱讀 编辑Sneddon LG Mirabelli MG Lynch AT Fazen PJ Su K Beck JS Polymeric precursors to boron based ceramics PDF Pure Appl Chem 1991 63 3 407 410 2023 01 25 S2CID 53629042 doi 10 1351 pac199163030407 原始内容存档 PDF 于2012 02 08 Jeon JK Uchimaru Y Kim DP Synthesis of novel amorphous boron carbonitride ceramics from the borazine derivative copolymer via hydroboration Inorganic Chemistry August 2004 43 16 4796 8 PMID 15285647 doi 10 1021 ic035254a Paetzold P New perspectives in boron nitrogen chemistry I PDF Pure Appl Chem 1991 63 3 345 350 2023 01 25 S2CID 53659373 doi 10 1351 pac199163030345 原始内容存档 PDF 于2012 07 16 Islas R Borazine to be or not to be aromatic Structural Chemistry 2007 18 6 833 839 S2CID 95098134 doi 10 1007 s11224 007 9229 z 维基共享资源中相关的多媒体资源 环硼氮烷 取自 https zh wikipedia org w index php title 环硼氮烷 amp oldid 78887858, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

文章

，阅读，下载，免费，免费下载，mp3，视频，mp4，3gp， jpg，jpeg，gif，png，图片，音乐，歌曲，电影，书籍，游戏，游戏。