DE1792040A1 - Process for the production of sodium dodecahydro-dodecaborate - Google Patents
Process for the production of sodium dodecahydro-dodecaborateInfo
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Description
Verfahren zur HerstelliLn -q von Na'riiLr#i-dodecaLZdro-dodecaborat LI Das Dodecahydro-dodecaborat-Ion B 12 H 12 2- mit der hochsymmetrischen Icosaederstruktur - mit den bekannten Carboranen des Typs B 10 C 2 H 12 (zu. B. o-Carboran, 1-,-2-Diearbaaloso-dodecaboran-12) st.-u.,ctureil eng verwandt (isoelek£t.-ronisch) wurde erstmalig 1gÖ0 als Nebenprodukt der Umsetzung von CD 2-Jod"decaboran-14 mit-Triäthylamin entdeckt".vergl. Hawthorne et al, J. Am. Chem. Soe. 8-;>, 3228-(196ö). Die ungewöhnliche chemische und thermische Stabilität dieses Systems aus 12 Bor- und 12-Wasserstoffatomen wurde aber bereits vorher aus theoretischen U-Derlegungen vorhergesagt., vergl. Longuett-Higgins et al, Proc. Roy. Soe. (London)., A 2_30., l'10 (195.5). Wenig später konnten einige Synthesewege zur gezielten Herstellung des B 12 H 12 2-_Systems aufgezeigt werden, die im Prinzip alle ähnlich verlaufen, vergl. Miller et al, Inorg. Chem.Process for the production of Na'riiLr # i-dodecaLZdro-dodecaborate LI The dodecahydro-dodecaborate ion B 12 H 12 2- with the highly symmetrical icosahedral structure - with the known carboranes of the type B 10 C 2 H 12 (to B. o-Carborane, 1 -, - 2-Diearbaaloso-dodecaborane-12) st.-u., ctureil closely related (isoelek £ t.-ronisch) was 1gÖ0 for the first time as a by-product of the conversion of CD 2-iodine "decaborane-14 with -Triäthylamine discovered ".comp. Hawthorne et al, J. Am. Chem. Soe. 8 -;>, 3228- (1966). The unusual chemical and thermal stability of this system of 12 boron and 12 hydrogen atoms, however, was predicted beforehand from theoretical U considerations. See Longuett-Higgins et al, Proc. Roy. Soe. (London)., A 2_30., L'10 (195.5). A little later, some synthetic routes for the targeted production of the B 12 H 12 2 system could be shown, which in principle all proceed in a similar way, cf. Miller et al, Inorg. Chem.
3218 (1964) und US-Patentschrift # 328 134. Man geht entweder von Natriumboranat,.Natriünoetahydrotriborat oder von Tr-iäthylamin-boran bzw. anderen Amin.BH 3 -Addukten aus-und setzt diese Borhydride bei höheren Temperaturen in hochsiedenden Lösungsmitteln oder unter Druck mit Diboran, Decaboran oder anderen Bo-rdassersL-,offen um, z.'B. nach fölgender Reaktipnsgleichung.' Diesen Herstellungsverfahren ist gemeinsam, daß nicht nur von komplexen Borhydriden, sondern auch von den selbstentzündlichen und giftigen Borwasserstoffverbindungen ausgegan-CD.3218 (1964) and US Pat. No. 328 134. One starts with either sodium boranate, .Natriünoetahydrotriborat or of tr-iäthylamin-borane or other amine.BH 3 adducts - and these borohydrides are exposed at higher temperatures in high-boiling solvents or under Printing with diborane, decaborane or other Bo-rdassersL-, open around, e.g. according to the following reaction equation. ' What these manufacturing processes have in common is that they not only start from complex borohydrides, but also from self-igniting and poisonous hydrogen boron compounds.
gen werden muß. Diese von nicht ohne weiteres zugänglichen Materialien
ausgehenden Verfahren eignen sich daher nicht für eine technische Synthese von wirtschaftlicher
Bedeutung. Es wurde nun ein Verfahren zu .r Herstellung von Natriumdodecahydro-dodecaborat
(Iia 2 B 12 H 12 durch thermische Behandlung von Borhydriden in Gegenwart von Wasserstoff
gefunden, das da-CD durel-." gekennzeichnet ist, daß Gemische aus Natriumboraten
und/oder Boroxiden, Natrium und/oder Natriumhydrid, gegebenen-CD falls in Gegerrnart
von feinteiligem Aluminium, Silicium oder CD deren Lbgierungen, Silicium.dioxid
und/oder Natriumboranat zunä'chsIG. unter den an sich bekannten Bedingungen der
Natrium-0 boranatherstellung bei Terüperati-u-..i#i von --00 bis
500 C unter Wasserstoffdrucken von 3 bis 8 Atmosphären bis
zur Beendigung der Wassers'tooffaufnahme des Reaktionsgenisches, anschließend bei
Temperaturen von 600 bis 8500C und Wasserstoffdrucken von 1 bis
5 Atmosphi#ren bis zur Beendigung der unter diesen Bedingungen erfolgenden
Wasserstoffabspaltung des Reaktionsgemisches gehalten"werden, und das so erhaltene
Natriumdodecahydro-dodecaborat aus dem Reaktionsgemisch durch Ex-CD traktion gewonnen
wird. Als borhaltige Ausgangsprodukte können für das erfindungsge-C> mäße Verfahren
BoraGe beliebiger Zusammensetzung wie etwa Natriumorthoborat Na .3.3-? Natriummetaborat
NaBO., entwässerter Borax Na 2B407 oder Natriumoxid-Boroxidgemische verwendet werden.
Die borhaltigen Aub-angsprodukte werden nach dem bekannten Verfahren der Natriumboranat-Herstellung
mit Reduktionsmitteln in Gegenwart von Wasserstoff umgesetzt,
wie
es z. B.,- in den deutschen Patentschriften 1 o88 93o, 1 o67
0052 1 053 476, 1 o_36 2221 1 241 421 u. a. beschrieben
worden ist. Die.Mengenverhältnisse der Reaktionspartner werden dabei je nach
den.verwendeten Reduktionsmitteln im-Hinblick auf das gewünschte Endprodukt Na 2
B 12 H 12 variiert. Bei Verwendung von Natrium -als Reduktionsmittel wird die Reaktion
vorzugsweise in-Gegenwart von feinteiligem Siliciumdioxid als natriumoxidbildendes
Mittel durchgeführt. Im Falle der Verwendung von Borax verläuft dann die Reaktion
nach folgender Gleichung 1:
Bei einer wirtschaftlicheren Ausführungsform.des Verfahrens wird das
Natrium zumindest teilweise durch Aluminium oder Silicium bzw. aluminium- bzw. silicium.reiche.Leglerungen
ersetzt.-Bei Verwendung von Borax und Aluminium verläuft die Reaktion z. B. nach
der Reaktionsgleichung IIc
Bei der Verwendung von Aluminium kann die Umsetzung in der Weise erfolgen, daß Gemische von feinverteilten Natriumboraten.,'Natrium-und Aluminium unter Rühren bei einem Wasserstoffdruck von z. B. 4#Atmo*spWären auf'die Reaktionstemperatur erhitzt werden und bei dieser Temperatur-gehalten werden, bis das-Reaktionsgemisch keinen Wass . erstoff mehr aufnimmt. Man* .kann-aber auch so vorgehen, daß man.zunächst eine Mischung von Natriumborat oder Aluminium und Natrium durch Erhitzen in Wasserstoffatmosphäre in ein inniges Gemisch von Natriumborat-bzw.* Aluminium und Natriumh ydrid überführt 'und in diese Mischung sodann feinverteiltes Aluminium bzw. Natriumborat einträgt und auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Nach Beendigung der Wassers#toffäufnahme wird dann das Reaktionsgemisch-auf Temperaturen von 600 bis 8500C erhit'zt und auf dieser Temperatur gehalten, bis keine Wasserstoffabspaltung mehr erfolgt. Aus dem erhaltenen ReaktionSDrodukt wird dann nach Abkühlung durch Extrakti on das gebildete Natrium-do'decahydrododecaborat cewonne-n.When using aluminum, the reaction can take place in such a way that mixtures of finely divided sodium borates., 'Sodium and aluminum with stirring at a hydrogen pressure of, for. B. 4 # atmospheres are heated to the reaction temperature and kept at this temperature until the reaction mixture has no water . absorbs more material. One can, however, also proceed in such a way that one initially converts a mixture of sodium borate or aluminum and sodium into an intimate mixture of sodium borate or aluminum and sodium hydride by heating in a hydrogen atmosphere and then finely divided aluminum or Sodium borate is introduced and heated to the reaction temperature. After the hydrogen uptake has ended, the reaction mixture is then heated to temperatures of 600 to 8500 ° C. and kept at this temperature until hydrogen is no longer split off. The sodium do'decahydrododecaborate formed is then recovered from the reaction product obtained after cooling by extraction.
CD Die Reaktion kann auch kontinuierlich durchgeführt werden, indem-man die Reaktionspartner laufend in-das eine Ende einer auf'Reaktionstermjeratur befindlichen Reaktionssehnecke einspeist (Natrium z. B. in flüssiger Form), wobei die Reaktion durch Kühlung bzw. die Dosierung der Reaktionspartner gesteuert wird. Nach Beendigung der Was:#erstoffaufnahme wird dann das Reaktionsprodukt'im anschließenden Teil der Schnecke auf die gewünschte Temperatur-von 600 bis 850 0 C weiter erhitzt.CD The reaction can also be carried out continuously by feeding the reactants continuously into one end of a reaction screw located on the reaction temperature (sodium, for example, in liquid form), the reaction being controlled by cooling or metering the reactants will. After completion of the What: #erstoffaufnahme is then further heated Reaktionsprodukt'im the subsequent portion of the screw to the desired temperature 600-850 0 C.
Das.bei der erfindungsgemäßen Reaktion anfallende Umsetzungsprodukt besteht aus einem Gemisch des gewünschten Natriumdodecahydro-dodecaborat mit Natriumaluminat sowie aus geringen Mengen nicht urgesetzter Ausgangsprodukte, wie Natriumborate . rm . The reaction product obtained in the reaction according to the invention consists of a mixture of the desired sodium dodecahydro-dodecaborate with sodium aluminate and also of small amounts of unreacted starting materials, such as sodium borates . rm .
und Aluminium sowie ferner aus geringen Anteilen Natriumhydrid und niederer Borhydride und Natriumboranat. Entsprechende Umset'zungsprodukte werden nach-den anderen oben aufgezeichneten-Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten.and aluminum and also from small proportions of sodium hydride and lower borohydride and sodium boronate. Corresponding conversion products will be according to-the other above-recorded embodiments of the method according to the invention obtain.
Zur Isolierung des erfindungsgemäßen Produktes können*mehrere Wege eingeschlagen werden: Einmal kann das Rohprodukt in Wasser gelöst werden und durch eine Plüssig-flüssig-Extraktion im Gegenstrom mit einem Amin, z4 B. IsoproDylamin, das polyedrische Borhydrid gewonnen werden, oder das Rohprodukt wird direkt mit Ammoniak oder einem Amin extrahiert. Schließlich karin das isolierte Na 2 B 12 H ip aus Wasser, einem Alkohol oder einem organischen Lösungsmittel, wie z..B. Tetrahydroj4%Uran., umkristallisiert werden, nachdem eventuell vorhandene niedere Borhydride mit geringen Mengen Säuren zerstört wurden.There are several ways to isolate the product according to the invention be taken: Once the crude product can be dissolved in water and through a positive-liquid extraction in countercurrent with an amine, e.g. isoproDylamine, the polyhedral borohydride can be obtained, or the crude product is directly using Ammonia or an amine extracted. Finally, the isolated Na 2 B 12 H karin ip off Water, an alcohol or an organic solvent, such as. Tetrahydroj4% Uran., To be recrystallized after any lower borohydrides were destroyed with small amounts of acids.
Das Natriumsalz' kann leicht in andere Derivate nach bekannten Verfahren überführt werden, z. B. in die freie Säure H 2 B 12 H 12 - vergleichbar in ihrer Stärke mit Schwefelsäure - mit Hilfe von Ionenaustauschern oder einer starken anorganischen Säure - vergl. z. B. US-Patentschrift 3 169 044. Die freie Säure kan n beispielsweise als Fällungsmittel für Metallionen, vor allem von Schwermetallen, Vprwendung-finden.The sodium salt 'can easily be converted into other derivatives by known methods, e.g. B. in the free acid H 2 B 12 H 12 - comparable in strength to sulfuric acid - with the help of ion exchangers or a strong inorganic acid - cf. B. US Patent 3169 044. The free acid can be delayed, for example, as a precipitating agent for metal ions, especially heavy metals, Vprwendung find-.
Auch B 12 H 12 2--Salze mit andere n Kationen können leicht hergestellt werden, entweder durch Neutralisation der freien Säure oder direkt durch Umsetzung des Natriumsalzes, z. B. mit Amine-n oeer Ammoniumhalogeniden bzw. Phosphoniumhalogeniden.B 12 H 12 2 salts with other n cations can also be easily produced either by neutralization of the free acid or directly by reaction the sodium salt, e.g. B. with amines-no ammonium halides or phosphonium halides.
Schließlich kann das B H 2--Ion durch eine Reihe von elek-12 12 trophilen Reagenzien wie Halogene, Oxalylehlorid, Hydroxylamino-sulfonsäure'in wertvolle Derivate überführt werden und stellt somit ein interessantes Zwischenprodukt dar. Es verhält sich in, vielen Fällen wie.ein aromatisches System und kann beispielsweise Friedel-Crafts-Reaktionen unterworfen werden, wobei im Falle der Verwendung der Säure H 2 B 12 H 12 die Reaktion z. B. mit Olefinen (Alkylierung) selbst katalysiert wird. Diese Deriv ate können als oberflächenaktive Mittel Verwendung finden. Auch Halogen-Wasserstoffsäuren reagieren mit C> 0- - dem B 12 H 12 - -Ion und geben halogenierte Ionen, z. B.Finally, the BH 2 ion can be converted into valuable derivatives by a number of electrophilic reagents such as halogens, oxalyl chloride, hydroxylamino-sulfonic acid, and thus represents an interesting intermediate product. In many cases it behaves like a aromatic system and can be subjected, for example, Friedel-Crafts reactions, in the case of using the acid H 2 B 12 H 12, the reaction z. B. with olefins (alkylation) is itself catalyzed. These derivatives can be used as surface active agents. Hydrogen halides also react with C> 0 - the B 12 H 12 - ion and give halogenated ions, e.g. B.
B 12 H 11 F 2- , und schließlich geben viele sauerstof
f- und schwefelhaltige Verbirdungen Derivate mit B-0- und B-S-Bindungen
Beispiel 2 -Eine Mischung von 2,83 kg (= 105 Mole) Aluminiumgrieß und 1,5 kg (= 65 Mole) Natrium wurde unter einem Wasserstoffdruck von 4 atü und unter Rühren--in einem Druckgefäß auf 6000C erhitzt. Zu diesem natriumhydridhaltigen Gemisch wurden unter Steigerung der Temperatur auf 650 0 C und Einhalten des Wasserstoffdruckes 6 kg (ca. 30 Mole) entwässerter Borax innerhalb von 3 Stunden zugegeben. Nach weiterem zweistündigem Erhitzen wurde abgekühlt und die dunkelgraue Reaktions-.mischung mit Tetrahydrofuran extrahiert. Isoliert werden konnten nach Eindampfen des Lösungsmittels und Trocknuriä etwa 80 % Na B H 2.12 12 Beispiel Eine Mischung von 417 9 6 Mole) Boroxid, 253 9 (= 11 Mole) Natrium und .364 g (= 13,5 Mole., 50 % Überschuß) Aluminiumspäne wurden unter'_3 atü-Wasserstoffdruck innerhalb von 2 Stunden bis auf 6000C erhitzt'. Nach weiteren 4 Stunden wurde das Reaktionsgemisch abgekühlt'und untersucht: es enthielt 12 % Na 2 B 12 Hl. (theor. 18 %,'eine Ausbeute von 67 %) neben .etwa 2 % NaBH 4 und 1,7 % NaH sowie nicht umgesetztes Aluminium neben Natriumaluminat. BeisDiel 4 Ein Gemisch von 201 g 1 Mol) entwässertem Borax, 420 g 7 Mole) feinst-gepulvertem Quarzmehl und 306 g (= 13,3 Molee l#T 5 % Überschuß) iatrium i-mrden in einem Rührautoklaven unter einem 'elassersto--,"-L"druck von zunächst 1 atü innerhalb von 1-St-unde-auf 6000C erhitzt. Hierbei wurde ab ca. 2000C laufend Wasserstoff aufgenor.men (Na.H,- und NaBH,-Bildung). Beim weiteren Erhitzen innerhalb von 3 Stunden auf 4 700 0 Cwurde wieder Wasserstoff abgespalten; der Druck wurde durch Ab-CD lassen auf cai. 3 atü eingestellt. Nach dem Abkühlen wurde CD das feste, graue Produkt untersucht: es enthielt neben ca. 4 % 11aH und etwa 1 % NaBH4 4,4 % Na 2 B 12 Hj., eine Ausbeute von 65 % d. Th. EXAMPLE 2 A mixture of 2.83 kg (= 105 moles) of aluminum powder and 1.5 kg (= 65 moles) of sodium was heated to 6000 ° C. in a pressure vessel under a hydrogen pressure of 4 atmospheres and with stirring. To this sodium hydride-containing mixture, 6 kg (approx. 30 moles) of dehydrated borax were added over the course of 3 hours while increasing the temperature to 650 ° C. and maintaining the hydrogen pressure. After heating for a further two hours, the mixture was cooled and the dark gray reaction mixture was extracted with tetrahydrofuran. After evaporation of the solvent and drying, it was possible to isolate about 80% Na BH 2.12 12 Example A mixture of 417 9 6 moles) of boron oxide, 253 9 (= 11 moles) sodium and .364 g (= 13.5 moles., 50% excess ) Aluminum shavings were heated up to 6000 ° C. within 2 hours under 3 atm. Hydrogen pressure. After a further 4 hours, the reaction mixture was cooled and examined: it contained 12 % Na 2 B 12 Hl. (Theor. 18 %, a yield of 67%) in addition to about 2 % NaBH 4 and 1.7% NaH and not converted aluminum in addition to sodium aluminate. BeisDiel 4 A mixture of 201 g 1 mol) dehydrated borax, 420 g 7 mol) very finely powdered quartz flour and 306 g (= 13.3 mol l # T 5% excess) i-sodium in a stirred autoclave under an 'elassersto- -, "- L" pressure of initially 1 atm, heated to 6000C within 1 hour. From about 2000C, hydrogen was continuously absorbed (Na.H, - and NaBH, formation). On further heating over 3 hours to 4 700 0 C was cleaved again hydrogen; the print was released by ab-cd on cai. 3 atü set. After cooling, CD, the solid, gray product was examined: in addition to approx. 4 % 11aH and approx. 1% NaBH4, it contained 4.4% Na 2 B 12 Hj., A yield of 65% of theory. Th.
Beispiel 5 4o2 g (= 2 Mole) entwässerter Borax, 15-4 g (= 6,65 Mole) Natrium und 132 g (= 4,7 1-Iole) Siliciummetall-Pulver wurden unter eine,-.i "l#iassers-t-,of Irdruck von zunächst 1 atü im Rührautoklaven erhitzt. Bei ca. 1800C begann die Wasserstoffaufnahme., bei ca. 3600c setzte.eine exotherme Reaktion ein, wobei in 15 Minuten die Temperatur bis auf 550 0 C stieg. Insgesamt - wurden bis 6000C in 1 Stunde etwa 80 Normliter H 2 aufgenommen. Beim weiteren Aufheizen trat Druckerhöhung auf; der Druck wurde über ein Ablaßventil auf 3 atü eingestellt. Bei ca. 6400C trat eine zweite exotherme Reaktion ein, wobei die 0 Temperatur in 7 Minuten bis auf 710 C stieg. Nach einer weiteren Stunde Reaktionszeit war die Wasserstoffabspaltung beendet. Das erhaltene Produkt, Ein homogenes, weißgraues Pulver mit einzelnen NaH-Anteilen, wurde untersucht: es enthielt 1.,3 %'NaH, 1 % liaaTi4 und 11,9 % Na 2 B12H12 entsprechend einer Ausbeute von 66 % d. Th.). Zur Isolierung wurde das Rohprodukt in Wasser gelöst, mit verdünnter Salzsäure schwach angesäuert (.zur Zerstörung von Hydriden) und die Lösung wieder eingedampft. Das gebildete Dodecahydro-dodecaborat wurde dann mit Isopropylamin extrahiert und schließlich isoliert.EXAMPLE 5 402 g (= 2 moles) of dehydrated borax, 15-4 g (= 6.65 moles) of sodium and 132 g (= 4.7 1-Iole) of silicon metal powder were placed under a -t, of Irdruck initially 1 atm in a stirred autoclave heated at about 1800C hydrogen uptake began setzte.eine at about 3600C exothermic reaction, the temperature up to 550 0 C increased in 15 minutes Total -... were to 6000C in 1 hour and about 80 standard liters H 2 was added upon further heating pressure increase occurred;., the pressure was adjusted atm via a discharge valve 3 at about 6400C, a second exothermic reaction occurred, wherein the 0 temperature in 7 minutes down to. 710 C. After a further hour of reaction time, the elimination of hydrogen was complete. The product obtained, a homogeneous, white-gray powder with individual NaH components, was examined: it contained 1., 3% NaH, 1% liaaTi4 and 11.9% Na 2 B12H12 corresponding to a yield of 66% of theory ). For isolation, the crude product was dissolved in water dissolved, weakly acidified with dilute hydrochloric acid (to destroy hydrides) and the solution evaporated again. The dodecahydro-dodecaborate formed was then extracted with isopropylamine and finally isolated.
Claims (1)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19681792040 DE1792040A1 (en) | 1968-07-15 | 1968-07-15 | Process for the production of sodium dodecahydro-dodecaborate |
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DE19681792040 DE1792040A1 (en) | 1968-07-15 | 1968-07-15 | Process for the production of sodium dodecahydro-dodecaborate |
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DE (1) | DE1792040A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1734004A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-20 | Air Products and Chemicals, Inc. | Process for producing boranes |
-
1968
- 1968-07-15 DE DE19681792040 patent/DE1792040A1/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1734004A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-20 | Air Products and Chemicals, Inc. | Process for producing boranes |
KR100802374B1 (en) * | 2005-06-16 | 2008-02-14 | 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 | Process for producing boranes |
US7718154B2 (en) | 2005-06-16 | 2010-05-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing boranes |
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