Borazina
La borazina o borazolo è un composto chimico di formula B3N3H6 che in condizioni standard si presenta come un liquido incolore.[1]
| Borazina | |
|---|---|
 | |
 | |
| Nome IUPAC | |
| 1,3,5,2,4,6-triazatriborinano | |
| Nomi alternativi | |
| ciclotriborazano borazolo | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | B3N3H6 |
| Massa molecolare (u) | 80,051 |
| Aspetto | liquido incolore |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 641-426-2 |
| PubChem | 138768 |
| SMILES | B1NBNBN1 |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 0,81 |
| Solubilità in acqua | si idrolizza |
| Temperatura di fusione | 218 K (−55 °C) |
| Temperatura di ebollizione | 331 K (58 °C) |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | −541,0 |
| ΔfG0 (kJ·mol−1) | −392,7 |
| S0m(J·K−1mol−1) | 199,6 |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
 
| |
| pericolo | |
| Frasi H | 225 - 260 - 314 - 318 |
| Consigli P | 210 - 223 - 231+232 - 233 - 240 - 241 - 242 - 243 - 260 - 264 - 264+265 - 280 - 301+330+331 - 302+335+334 |
Storia
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Il composto venne sintetizzato per la prima volta nel 1926 dai chimici Alfred Stock ed Erich Pohland.[2]
Caratteristiche strutturali e fisiche
modificaSi tratta di un metalloide[1] che appartiene alla famiglia dei borani e contiene un numero uguale di atomi di boro e di azoto.[3] Si tratta di un composto inorganico[4] che rilascia fumi se esposto all'aria.[1]
La molecola ricorda nella forma il benzene, con un anello esagonale di boro e azoto alternati, tanto da essere nota anche come benzene inorganico.[5] La borazina è infatti un composto isoelettronico e isostrutturale del benzene di cui presenta una simile connettività.[6] Tuttavia l'anello della borazina non è perfettamente esagonale, infatti l'angolo di legame sul boro è di 117,1° mentre l'angolo di legame sull'azoto è pari a 122,9°.[5]
La distanza tra boro e azoto nell'anello è di 0,1436 nm, mentre il legame carbonio-carbonio nel benzene ha una lunghezza di 0,1397 nm. Il legame boro-azoto si colloca dunque tra quello del singolo legame boro-azoto, che misura 0,151 nm, e quello del doppio legame boro-azoto, pari a 0,131 nm. Questo suggerisce una parziale delocalizzazione degli elettroni della coppia solitaria dell’azoto.[7]
A differenza del benzene, la differenza di elettronegatività tra boro e azoto favorisce la presenza di tre strutture mesomeriche. Le determinazioni strutturali tramite cristallografia a raggi X mostrano che le lunghezze di legame all'interno dell'anello di borazina sono tutte equivalenti, misurando 1,429 Å, una proprietà condivisa con il benzene.[5]
In generale, la borazina e i suoi derivati sono noti per avere un carattere aromatico inferiore rispetto ai loro equivalenti benzenici. Tuttavia, la transizione elettronica e l'interazione degli elettroni π presentano caratteristiche molto simili a quelle del benzene, e la chimica ionica in fase gassosa risulta sorprendentemente analoga a quella del benzene.[8]
Con un'entalpia standard di formazione (ΔHf) pari a -531 kJ/mol, il composto è termicamente molto stabile.[6]
| N. di atomi pesanti | 6 |
| N. di donatori di legami a idrogeno | 3 |
| N. di accettori di legami a idrogeno | 3 |
| Massa monoisotopica | 81,0840877 u |
| Superficie polare | 36,1 Ų |
Sintesi
modificaLa borazina viene preparata tramite la reazione dell'ammoniaca con il diborano (2:1). La reazione avviene attorno ai 250-300 °C con una resa del 50%:[2]
![{\displaystyle {3\,\mathrm {B} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{}+{}6\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {B} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}12\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1bc6a2fafd47b96396aca31026cb918c3ea6a70f)
Un metodo alternativo più efficace consiste nella reazione del boroidruro di litio con il solfato d'ammonio:[10]
![{\displaystyle {3\,\mathrm {LiBH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}3\,\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {Cl} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {B} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {LiCl} {}+{}9\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/95225e2a21b6e7881454b8bf49850ac44f0623b7)
Reattività e caratteristiche chimiche
modificaReagisce violentemente con l'acqua e può incendiarsi a contatto con essa.[11] Reagisce con l'acido cloridrico in una reazione di addizione. Se la borazina fosse veramente aromatica come il benzene, questa reazione non avverrebbe senza un catalizzatore, nello specifico un acido di Lewis.[6]
![{\displaystyle {\mathrm {B} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{}+{}3\,\mathrm {HCl} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {B} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{9}}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aaeb037ad88aa1418ab49dc3ffdf7a3c76c0f6b9)
La reazione di addizione con il bromo avviene senza catalizzatore. Le borazine interagiscono con un attacco nucleofilo sul boro e un attacco elettrofilo sull'azoto. La borazina può essere ridotta mediante reazione con boroidruro di sodio:[6]
![{\displaystyle {\mathrm {B} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{9}}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NaBH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}(\mathrm {BH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\mathrm {N} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9b3de7a8f5e1872f300063d009ace591d86aa0df)
Riscaldando la borazina a 70°C, si ha la perdita d'idrogeno, con la formazione di un polimero borazinico o poliborazilene, in cui le unità monomeriche sono accoppiate in posizione para attraverso nuovi legami boro-azoto.[6]
Spettri analitici
modificaFarmacologia e tossicologia
modificaTossicologia
modificaLa borazina causa ustioni e l'inalazione prolungata può causare lesioni chimiche alle alte vie respiratorie e ai polmoni.[11]
Applicazioni
modificaLa borazina è utilizzata come precursore liquido in alcuni processi di deposizione chimica da vapore per via delle sue caratteristiche strutturali e il fatto che non formi alcun prodotto collaterale pericoloso.[3] La borazina e i suoi derivati sono inoltre potenziali precursori delle ceramiche di nitruro di boro.[15]
Immagini
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Note
modifica- ^ a b c Borazine - Hazardous Agents | Haz-Map, su haz-map.com. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ a b (EN) Alfred Stock e Erich Pohland, Borwasserstoffe, VIII. Zur Kenntnis des B 2 H 6 und des B 5 H 11, in Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series), vol. 59, n. 9, 13 ottobre 1926, pp. 2210–2215, DOI:10.1002/cber.19260590906. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ a b (EN) Fouad Sabry, Epitassia a fascio molecolare: Avanzamento dei materiali su scala nanometrica per dispositivi ad alte prestazioni, One Billion Knowledgeable, 17 marzo 2025. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ Duward Shriver; Peter Atkins (2010). Inorganic Chemistry (Fifth ed.). New York: W. H. Freeman and Company. p. 328. ISBN 978-1429218207.
- ^ a b c (EN) Roland Boese, Andreas H. Maulitz e Peter Stellberg, The molecular and solid‐state structure of borazine has been determined at 115 and 160 K by single‐crystal X‐ray crystallography. The molecular structure has C 2 symmetry with small deviations from the expected D 3 h symmetry. The mean value of the BN bond length is 1.429(1) A and the interbond angles of the six‐membered ring are 117.1(1)° at the boron atoms and 122.9(1)° at the nitrogen atoms (mean values). Similar to benzene an unambiguous assignment of the molecular symmetry is not possible. — The crystal packing is not comparable to any known phase of benzene, and surprisingly the molecules are not stacked having coplanar rings. Instead, the molecules are found in tilted layers. No significant intermolecular interaction could be detected. The generated difference electron density maps show the typical distribution pattern for polar bonds., in Chemische Berichte, vol. 127, n. 10, 1994-10, pp. 1887–1889, DOI:10.1002/cber.19941271011. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ a b c d e Borazine, su chemeurope.com.
- ^ P. Paetzold, New perspectives in boron-nitrogen chemistry - I, in Pure and Applied Chemistry, vol. 63, n. 3, 1º gennaio 1991, pp. 345–350, DOI:10.1351/pac199163030345. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ Michael P. Groziak, Chapter 1 - Boron Heterocycles as Platforms for Building New Bioactive Agents, collana A critical review of the 1999 literature preceded by three chapters on current heterocyclic topics, vol. 12, Elsevier, 1º gennaio 2000, pp. 1–21, DOI:10.1016/s0959-6380(00)80003-3. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ (EN) PubChem, Borazine, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ (EN) Thomas Wideman, Paul J. Fazen e Anne T. Lynch, Borazine, Polyborazylene, β‐Vinylborazine, and Poly(β‐Vinylborazine), vol. 32, 1ª ed., Wiley, 1998-01, pp. 232–242, DOI:10.1002/9780470132630.ch39, ISBN 978-0-471-24921-4. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ a b Michael Williams, The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals, 15th Edition Edited by M.J.O'Neil, Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK ISBN 9781849736701; 2708 pages. April 2013, $150 with 1‐year free access to The Merck Index Online., in Drug Development Research, vol. 74, n. 5, 3 luglio 2013, pp. 339–339, DOI:10.1002/ddr.21085. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ (EN) [BH-NH]3 - Optional[11B NMR] - Chemical Shifts - SpectraBase, su spectrabase.com. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ (EN) [BH-NH]3 - Optional[15N NMR] - Chemical Shifts - SpectraBase, su spectrabase.com. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ [BH-NH]3 - Optional[MS (GC)] - Spectrum - SpectraBase, su spectrabase.com. URL consultato il 23 aprile 2025.
- ^ L. G. Sneddon, M. G. L. Mirabelli e A. T. Lynch, Polymeric precursors to boron based ceramics, in Pure and Applied Chemistry, vol. 63, n. 3, 1º gennaio 1991, pp. 407–410, DOI:10.1351/pac199163030407. URL consultato il 23 aprile 2025.
Altri progetti
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Collegamenti esterni
modifica- (EN) borazine, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
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