CN106430098A - 一种钾的硼氢化合物kb3h8的合成方法 - Google Patents

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李书军
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Abstract

本发明公开了一种钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法，属于硼氢化合物的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：一种钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法，在无水无氧的条件下将蒽和金属钾加入到反应容器中，然后加入硼烷的四氢呋喃溶液，于‑30～50℃搅拌反应制得目标产物钾的硼氢化合物KB3H8。本发明使碱金属的分散从物理方法转变为化学方法，比之前的方法更有效地促进了反应的进行，并且操作简单，低毒无害，安全可靠，适合规模化生产。

Description

一种钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法
技术领域
本发明属于硼氢化合物的合成技术领域，具体涉及一种钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法。
背景技术
负离子B3H8 -具有广泛的用途，由于其较高的含氢量，在储氢领域具有非常大的应用前景，如已合成出的储氢材料NH4[B3H8]（Inorg. Chem. 2011, 50, 3738–3742），含有大量的负氢，并且在常见的有机溶剂中有很好的溶解性，因此能够作为还原剂使用；并且可以作为合成其它含硼化合物的前驱物，如合成半导体材料MgB2的前驱物Mg(B3H8)2（Inorg.Chem. 2007, 46, 9060–9066）。
由于合成方法的限制，M(B3H8)n类硼氢化合物没有得到很好的发展。因此，找到一种操作简单、安全无毒且成本低廉的合成方法非常有必要。目前合成M(B3H8)n类硼氢化合物的方法主要有：
1、利用乙硼烷和碱金属，主要是钠，生成NaB3H8。方法中用到了毒性很大且很不安全的汞、乙硼烷等。汞对人体的危害很大，且操作不便。乙硼烷对空气极其敏感，易燃易爆，且具有剧毒，操作同样非常危险。
2、单质碘在100℃氧化硼氢化钠。此温度下所需的溶剂沸点较高，耗费能源，且合成的B3H8 -负离子含有除不掉的溶剂。
3、钠汞齐和硼烷的四氢呋喃溶液（THF•BH3）反应。同样存在上述方法1和2中的缺点。
4、在150℃将碱金属钠分散在硅胶上，然后和硼烷的四氢呋喃反应。在此温度下分散钠，操作很不方便，且有很高的危险性存在。
5、球磨的条件下，把碱金属钠分散在无机盐上，如NaCl，CaCl2等，同样存在上述方法4中的缺点。
鉴于以上合成M(B3H8)n类硼氢化合物的不利因素，有必要设计一种合成过程能够避免使用汞、乙硼烷等毒性高的危险药品，并且操作简单，安全可靠的钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种操作简单、安全可靠且低毒无害的钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法，其特征在于：在无水无氧的条件下将蒽和金属钾加入到反应容器中，然后加入硼烷的四氢呋喃溶液，于-30～50℃搅拌反应制得目标产物钾的硼氢化合物KB3H8。
进一步优选，所述的钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法的具体步骤为：在氮气手套箱中，将蒽和金属钾装入schlenk反应瓶中，其中蒽和金属钾的投料摩尔比为100:1～1:20，用塞子密封后将schlenk反应瓶移出手套箱，然后加入摩尔浓度为0.5～5mol/L的硼烷的四氢呋喃溶液（THF•BH3），其中金属钾和THF•BH3的投料摩尔比为1:2，于-30～50℃搅拌反应直至THF•BH3反应完全，过滤除去不溶物，将滤液浓缩除去溶剂得到浅黄色固体，再用甲苯洗涤数次直至固体变为白色为止，然后真空浓缩除去溶剂得到硼氢化合物KB3H8。
本发明所述的钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法中的反应方程式为：
2K + 4THF•BH3 = KB3H8 + KBH4 + 4THF。
进一步优选，合成过程的反应温度优选为室温。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明使碱金属的分散从物理方法转变为化学方法，比之前的方法更有效地促进了反应的进行，并且操作简单，低毒无害，安全可靠，适合规模化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1合成的钾的硼氢化合物KB3H8在四氢呋喃中的11B和11B{H}液体核磁图，由图可知制得的目标产物为纯净的KB3H8。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
所有操作均在氮气气氛下进行。在手套箱中，向装有磁子的100mL的schlenk反应瓶中加入1.78g蒽和0.39g金属钾，用塞子密封后将schlenk反应瓶移出手套箱。然后加入摩尔浓度为1mol/L的硼烷的四氢呋喃溶液（THF•BH3）20mL，在室温下搅拌反应3小时。过滤除去不溶物，将滤液浓缩除去溶剂得到浅黄色固体，再用甲苯洗涤固体3次，每次20mL，然后真空浓缩除去溶剂得到白色固体产物，即为无溶剂加合的纯净KB3H8。所得到的KB3H8称重为0.050g，计算产率为62%，核磁检测其纯度接近100%。
实施例2
所有操作均在氮气气氛下进行。在手套箱中，向装有磁子的100mL的schlenk反应瓶中加入178g蒽和0.39g金属钾，用塞子密封后将schlenk反应瓶移出手套箱。然后加入摩尔浓度为1mol/L的硼烷的四氢呋喃溶液（THF•BH3）20mL，在-30℃搅拌反应10小时。过滤除去不溶物，将滤液浓缩除去溶剂得到浅黄色固体，再用甲苯洗涤固体3次，每次50mL，然后真空浓缩除去溶剂得到白色固体产物，即为无溶剂加合的纯净KB3H8。所得到的KB3H8称重为0.048g，计算产率为60%，核磁检测其纯度接近100%。
实施例3
所有操作均在氮气气氛下进行。在手套箱中，向装有磁子的100mL的schlenk反应瓶中加入1.78g蒽和0.39g金属钾，用塞子密封后将schlenk反应瓶移出手套箱。然后加入摩尔浓度为0.5mol/L的硼烷的四氢呋喃溶液（THF•BH3）40mL，在室温下搅拌反应3小时。过滤除去不溶物，将滤液浓缩除去溶剂得到浅黄色固体，再用甲苯洗涤固体3次，每次20mL，然后真空浓缩除去溶剂得到白色固体产物，即为无溶剂加合的纯净KB3H8。所得到的KB3H8称重为0.050g，计算产率为62%，核磁检测其纯度接近100%。
实施例4
所有操作均在氮气气氛下进行。在手套箱中，向装有磁子的100mL的schlenk反应瓶中加入0.089g蒽和0.39g金属钾，用塞子密封后将schlenk反应瓶移出手套箱。然后加入摩尔浓度为5mol/L的硼烷的四氢呋喃溶液（THF•BH3）4mL，在50℃搅拌反应6小时。过滤除去不溶物，将滤液浓缩除去溶剂得到浅黄色固体，再用甲苯洗涤固体3次，每次20mL，然后真空浓缩除去溶剂得到白色固体产物，即为无溶剂加合的纯净KB3H8。所得到的KB3H8称重为0.052g，计算产率为65%，核磁检测其纯度接近100%。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.一种钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法，其特征在于：在无水无氧的条件下将蒽和金属钾加入到反应容器中，然后加入硼烷的四氢呋喃溶液，于-30～50℃搅拌反应制得目标产物钾的硼氢化合物KB3H8。
2.根据权利要求1所述的钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法，其特征在于具体步骤为：在氮气手套箱中，将蒽和金属钾装入schlenk反应瓶中，其中蒽和金属钾的投料摩尔比为100:1～1:20，用塞子密封后将schlenk反应瓶移出手套箱，然后加入摩尔浓度为0.5～5mol/L的硼烷的四氢呋喃溶液THF•BH3，其中金属钾和THF•BH3的投料摩尔比为1:2，于-30～50℃搅拌反应直至THF•BH3反应完全，过滤除去不溶物，将滤液浓缩除去溶剂得到浅黄色固体，再用甲苯洗涤数次直至固体变为白色为止，然后真空浓缩除去溶剂得到硼氢化合物KB3H8。
3.根据权利要求1或2所述的钾的硼氢化合物KB3H8的合成方法，其特征在于：合成过程的反应温度优选为室温。
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