Borazin

Borazin
Strukturní vzorec
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	6569-58-3
PubChem	138768
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
Bezpečnost
GHS02 GHS05 [1] Nebezpečí[1]
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^[2] s aromatickým zápachem.

Příprava

Borazin popsali roku 1926 chemici Alfred Stock a Erich Pohland jako produkt reakce diboranu s amoniakem.^[3]

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:^[4]

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

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.^[5]

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.

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

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 ΔH_f −531 kJ/mol tepelně značně stabilní.

Přirozené vazebné orbitaly

Analýzou přirozených vazebných orbitalů bylo zjištěno, že borazin je jen slabě aromatický.^[6]

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)

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.^[7]

Reaktivita

Hydrolýza

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

Polymerizace

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

n B₃N₃H₆ → 1/n[B₃N₃H₄]_n

Reakce s halogenovodíky a halogeny

S 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

Nitrid boritý lze připravit zahříváním polyborazylenu na 1 000 °C.^[4]

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,^[8] platina,^[9] nikl,^[10] železo^[11] i další, pomocí chemické depozice z plynné fáze.

Polyborazyleny byly navrženy jako možné materiály pro uchovávání vodíku v palivových článcích.^[12]

Společně s jinými sloučeninami typu B-N byly u smíšených amino-nitrovaných borazinů zjištěny výbušné vlastnosti podobné jako u CL-20.^[13][14]

Podobné sloučeniny

C₂H₂B₂N₂ je šestičlenný heterocyklus obsahující dva atomy uhlíku, dva dusíky a dva atomy boru ve dvojicích naproti sobě.^[15][16]

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

• Iminoboran

Reference

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

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Borazin na Wikimedia Commons