五氯化磷

五氯化磷（化学式：PCl₅）是一种无机化合物。它是最重要的磷氯化物之一，其它的还有三氯化磷和三氯氧磷。它是一种无色、具有吸湿性的固体，主要用作氯化剂，在不同条件下可有不同的结构。

五氯化磷
IUPAC名 Phosphorus(V) chloride 氯化磷(V)
英文名	Phosphorus pentachloride
识别
CAS号	10026-13-8
PubChem	24819
ChemSpider	23204
SMILES	ClP(Cl)(Cl)(Cl)Cl
InChI	1/Cl5P/c1-6(2,3,4)5
InChIKey	UHZYTMXLRWXGPK-UHFFFAOYAP
UN编号	1806
EINECS	233-060-3
RTECS	TB6125000
性质
化学式	PCl5
摩尔质量	208.239^[1] g·mol⁻¹
外观	黄白色四方晶体，易潮解^[1]
密度	2.1 g/cm^3^[1]
熔点	167 °C（三相点）^[1]
沸点	160 °C（升华点）^[1]
溶解性（水）	发生水解^[1]
溶解性	溶于二硫化碳，四氯甲烷^[1]
结构
晶体结构	四方^[1]
分子构型	三角双锥
危险性
警示术语	R：R14-R22-R23-R34-R48/20
安全术语	S：S26-S36/37/39-S45-S7/8
主要危害	腐蚀性，吸湿性，与水剧烈反应放出大量热，且有氯化氢生成
NFPA 704	0 3 2 W
相关物质
相关化合物	三氯氧磷、三氯化磷、 五氟化磷
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

结构

固态时五氯化磷的结构单元可以写作PCl₄⁺PCl₆⁻，氯化铯型晶体结构，两个离子分别为四面体和八面体结构，阳离子中的磷原子为sp³杂化，阴离子中的磷为sp³d²杂化。气态和液态的五氯化磷为单分子结构，分子呈三角双锥形，与VSEPR理论所预测的一致。

溶液中的分子结构与浓度和溶剂有关。^[2] 溶于极性溶剂（如硝基甲烷、硝基苯）时，五氯化磷发生自偶电离，在稀溶液中的主要反应为：

${\displaystyle {\rm {PCl_{5}\rightarrow [PCl_{4}^{+}]Cl^{-}}}}$ 

浓度较高时的主要反应为：

${\displaystyle {\rm {2PCl_{5}\rightarrow [PCl_{4}^{+}][PCl_{6}^{-}]}}}$ 

溶于非极性溶剂（如二硫化碳、四氯化碳、苯）时，五氯化磷不发生电离，仍以PCl₅的形式存在。^[3]

溶液中PCl₅曾被认为以二聚体存在（P₂Cl₁₀），但來曼系光譜的数据否定了这个假说。

五氯化磷中超价的磷原子可用三中心四电子键解释。

制備方法

五氯化磷可通过三氯化磷的氯化制备。该方法2000年生产了大约一万吨的五氯化磷。^[4]

${\displaystyle {\rm {PCl_{3}+Cl_{2}\rightarrow PCl_{5}}}}$ ；${\displaystyle {\rm {\ \Delta H=-124kJ/mol}}}$ 

180 °C时，PCl₅与PCl₃和Cl₂构成平衡，PCl₅的解离度大约为40%。^[4] 因此PCl₅的样品中經常含有氯氣，也因此常带绿色。

水解

PCl₅与水剧烈反应，生成氯化氢和含氧磷化合物。部分水解的产物为三氯氧磷：

${\displaystyle {\rm {PCl_{5}+H_{2}O\rightarrow POCl_{3}+2HCl}}}$ 

在热水中，五氯化磷完全水解，生成磷酸：

${\displaystyle {\rm {PCl_{5}+4H_{2}O\rightarrow H_{3}PO_{4}+5HCl}}}$ 

其它反应

五氯化磷是常用的氯化剂。^[5]

对有机化合物的氯化

五氯化磷在有机合成中有两类反应比较重要：一是将C-H键转化为C-Cl键的反应，二是将C-OH键转化为C-Cl键的反应。一些常见的反应如下：

• 将羧酸转化為酰氯^[6]、将醇转化為相应的氯代烷。目前实验室中做此类反应时，比较常用的是氯化亞碸，因為副产物二氧化硫是气体，比五氯化磷的副产物（固体POCl₃）容易分离得多。

• 五氯化磷、三氯化磷与硫酰氯都可以用作Cl₂的来源，但在实验室中，硫酰氯比五氯化磷用途广泛，因为气态的二氧化硫很容易与产物分离。

• 与叔胺（如N,N-二甲基甲醯胺）反应，生成Vilsmeier试剂（[(CH₃)₂NCClH]Cl）。此类试剂可用于甲酰化反应合成苯甲醛的衍生物，或转化醇为相应的氯代烃。^[5]

• 五氯化磷比较特殊的反应是，它可以氯化烯丙基位和苄基位的C-H键，将其转化为C-Cl，而且也可将C=O转化为偕二氯代物（>CCl₂）。^[7]

• 与苯乙烯反应水解后可得亚磷酸的衍生物。该反应体现了五氯化磷的亲电特征。^[8]

对无机化合物的氯化

与其在有机反应中的应用类似，五氯化磷已被氯化亚砜取代。五氯化磷与五氧化二磷反应，生成三氯氧磷：

${\displaystyle {\rm {6PCl_{5}+P_{4}O_{10}\rightarrow 10POCl_{3}}}}$ 

可氯化二氧化氮为硝酰氯：

${\displaystyle {\rm {PCl_{5}+2NO_{2}\rightarrow PCl_{3}+2NO_{2}Cl}}}$ 

也可作为合成六氟磷酸锂的前体。后者是锂离子电池中的电解质。

${\displaystyle {\rm {PCl_{5}+6LiF\rightarrow LiPF_{6}+5LiCl}}}$ 

五氯化砷和五氯化锑

AsCl₅ 和 SbCl₅ 都采取三角双锥结构。相关的键长数据分别为：211pm（As-Cl_eq），221pm（As-Cl_ax），227pm（Sb-Cl_eq）和233.3pm（Sb-Cl_ax）。^[9] 低温下 SbCl₅ 为二聚体，双八面体的 Sb₂Cl₁₀，与五氯化铌类似。

安全

五氯化磷会剧烈水解生成氯化氢，因此使用五氯化磷要注意安全。

参见

• 三氯化磷
• 五氟化磷、五溴化磷、五碘化磷

参考文献

1. CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition. 2016-06-24: 4–78. ISBN 1-4987-5428-7 （英语）.  使用|accessdate=需要含有|url= (帮助)
2. Suter, R. W.; Knachel, H. C.; Petro, V. P.; Howatson, J. H.; S. G. Shore, S. G. ”Nature of Phosphorus(V) Chloride in Ionizing and Nonionizing Solvents” Journal of the American Chemical Society 1973, volume 95, pp 1474 - 1479; DOI: 10.1021/ja00786a021
3. D. E. C. Corbridge "Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology" 5th Edition Elsevier: Amsterdam 1995. ISBN 0-444-89307-5.
4. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
5. Burks, Jr., J. E. “Phosphorus(V) Chloride” in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. DOI: 10.1002/047084289.
6. Adams, R.; Jenkins, R. L. “p-Nitrobenzoyl chloride” Organic Syntheses, Collected Volume 1, p.394 (1941).
7. Gross, H.; Rieche, A.; Höft, E.; Beyer, E. “Dichloromethyl Methyl Ether” Organic Syntheses, Collected Volume 5, p.365 (1973).
8. Schmutzler, R. ”Styrylphosphonic dichloride” Organic Syntheses, Collected Voume 5, p.1005 (1973).
9. Haupt, S.; Seppelt, K., "Solid State Structures of AsCl₅ and SbCl₅", Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, 2002, volume 628, pages 729-734.