العلومالكيمياءالكيمياء غير العضوية

بورهيدريد الليثيوم – LiBH4

في الكيمياء إن مركب الليثيوم بوروهيدريد وفي الإنجليزية (lithium borohydride) أو (Lithium tetrahydroborate) عبارة عن مركب غير عضوي، ويمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (LiBH4) هو عبارة عن عامل اختزال عام يتم استعماله بشكل كبير من أجل عملية اختزال كلا من الألدهيدات وإسترات الكيتونات واللاكتونات والإيبوكسيدات، كما إنه يحفز (hydroboration) من الألكينات، كما وأنه يستخدم في تحضير البوروهيدريدات الأخرى مثل بوروهيدريد الألومنيوم.

 

بورهيدريد الليثيوم

 

  • إن مركب مركب الليثيوم بوروهيدريد عبارة عن بلورات بيضاء من أجل تقويم العظام، يمتلك كثافة مقدارها 0.67 جم لكل سم مكعب، ويتحلل في الهواء الرطب، ويذوب عند درجة حرارة مقدارها 268 درجة مئوية ويتحلل عند درجة حرارة مقدارها 380 درجة مئوية، ويتفاعل مع الماء أيضا، ويذوب في الأثير وفي رباعي الهيدروفلوران وفي ثنائي إيثيل أمين، وقابلية الذوبان في الأثير مقدارها 25 جم لكل لتر عند 25 درجة مئوية.

 

  • ولقد تم استخدام محلول الليثيوم بوروهيدريد (2M في THF) من أجل اختزال المركبات التالية: ( 5-benzylidene-2،4-thiazolidinediones و 5-benzylidene-4-oxo-2-thiazolidinethiones) من أجل تشكيل مركب (5-benzyl-2،4-thiazolidinediones) ومركب (5- benzyl-4-oxo-2-thiazolidinethiones) على التوالي.

 

  • إن مركب الليثيوم بوروهيدريد متفاعل لـ: تحضير معقدات من الغاليوم والإنديوم والرينيوم والزنك، وتفاعلات التحويل الكيميائي الميكانيكية، والتحلل المائي غير التحفيزي لتوليد الهيدروجين، ونمو مجموعات كبيرة من الذهب أحادي الطبقة المحمية، وتفاعلات استبدال الأنيون، وتفاعلات نزع الهيدروجين.

 

  • يستخدم مركب بوروهيدريد الليثيوم على شكل عامل اختزال قوي، وتطبيقاته الرئيسية في التوليفات العضوية من أجل اختزال مجموعات الكربونيل مثل الألدهيدات والكيتونات والإسترات، كما أنه يستخدم للتقليل الانتقائي لمجموعة الكربونيل في وجود مجموعة النتريل، ولا يمكن تحقيق هذا الاختزال الانتقائي باستخدام مركب هيدريد ألومنيوم الليثيوم وهو عبارة عن عامل اختزال أقوى بكثير، ويستخدم المركب أيضًا للكشف عن مجموعات الكربونيل المجانية في البروتينات والببتيدات.

 

  • قد يؤدي استنشاق أبخرة مركب بوروهيدريد الليثيوم أو المواد أو منتجات التحلل أو ملامستها إلى إصابة خطيرة أو الوفاة، كما وقد تنتج محاليل أكالة عند ملامستها للماء، وسوف ينتج عن الحريق غازات مزعجة و / أو أكالة و / أو سامة، والجريان السطحي من مكافحة الحرائق قد يسبب التلوث.

 

  • تنتج غازات قابلة للاشتعال عند ملامسة مركب بوروهيدريد الليثيوم للماء، وقد تشتعل عند ملامستها الهواء الرطب، وقد يشتعل مركب بوروهيدريد الليثيوم بالحرارة أو الشرر أو اللهب، وقد يعاد الاشتعال بعد إطفاء الحريق، ويتم نقل بعضها في سوائل شديدة الاشتعال، والجريان السطحي قد يُنشئ حريق أو خطر الانفجار، وهناك خطر عن طريق الابتلاع والاستنشاق وملامسة الجلد، ويمكنه تحرير غاز الهيدروجين، وغير متوافق مع الماء مثل الرطوبة على ألياف السليلوز أو على شكل سائل.

 

آلية تحضير مركب الليثيوم بوروهيدريد وتفاعلاته

 

  • يتم تحضير مركب بوروهيدريد الليثيوم من خلال حدوث تفاعل إيثيل ليثيوم مع بوروهيدريد الألومنيوم كما في المعادلة الكيميائية التالية:

C2H5Li + Al(BH4)3 → 3LiBH4 + Al(C2H5)3

 

  • وبدلاً من ذلك فإنه من الممكن الحصول على مركب بوروهيدريد الليثيوم عن طريق تفاعل إيثيل ليثيوم مع ثنائي بوران كما في التفاعل التالي:

 

C2H5Li + B2H6 → LiBH4 + C2H5BH2

 

  • يتفاعل مركب بوروهيدريد الليثيوم مع الماء لإنتاج مركب (LiBO2) مع تحرير الهيدروجين كما في التفاعل الكيميائي التالي:

 

LiBH4 + 2H2O → LiBO2 + 4H2

 

  • يؤدي تفاعل مركب بوروهيدريد الليثيوم مع الميثانول إلى إنتاج مركب (LiB(OCH3)2) والهيدروجين كما في المعادلة الكيميائية التالية:

 

LiBH4 + 2CH3OH → LiB(OCH3)2 + 3H2

 

  • ينتج عن تفاعل مركب بوروهيدريد الليثيوم مع كلوريد الهيدروجين ديبوران وكلوريد الليثيوم والهيدروجين كما في المعادلة الكيميائية التالية:

2LiBH4 + 2HCl → 2LiCl + B2H6 + 2H2

 

استخدامات مركب بوروهيدريد الليثيوم

 

  • إن مركب بوروهيدريد الليثيوم عبارة عن عامل اختزال قوي، يتم استخدامه من أجل عملية اختزال المركبات التي تحتوي على الكيتونات والألدهيدات وكربونيل الإستر وكلوريدات الحمض واللاكتونات والإيبوكسيدات، إذ أنه يعتبر بوروهيدريد الليثيوم عامل اختزال متعدد الاستخدامات لكلا من الألدهيدات والكيتونات والنتريل والأميدات الأولية وكلوريدات الأحماض واللاكتونات والإيبوكسيدات والإسترات، كما وتشارك في تحضير مركبات الإقحام والمركبات النانوية.

 

  • يتم استخدام مركب مركب بوروهيدريد الليثيوم كمقدمة للبوروهيدريدات الأخرى ويعمل كمحفز في تفاعلات التثقيب المائي، ومن المعروف أنه مركب تخزين جيد قابل للانعكاس للأمونيا والهيدروجين اللامائي، ويستخدم في اختزال مركبات إستر كربونيل ومجموعة نتريل، حيث يكون اختزال الكربونيل ولكن ليس من مجموعة النتريل مطلوبًا، وفي تحديد مجموعات الكربوكسيل الحرة في الببتيدات والبروتينات وبعد الأسترة والأستلة يتم اختزال مجموعات الإستر فقط ولا يتم تقليل أي من روابط الببتيد.

 

  • بوروهيدريد الليثيوم هو مسحوق بلوري أبيض إلى رمادي، وهو عامل اختزال قوي يشتعل بسهولة ويحترق بقوة بمجرد اشتعاله، ويحتمل أن تشتعل عند ترطيبها بالماء، ويتفاعل عند التلامس مع الماء أو الأحماض من أجل تكوين غاز الهيدروجين والمنتجات المسببة للتآكل، وقد يتسبب التفاعل بكميات محدودة من الماء أو الرطوبة في حدوث اشتعال بعد تأخير.

 

  • لقد تم تقديم ​​تقريرًا عن دراسات نظرية الكثافة الوظيفية للمبادئ الأولى للعيوب الأصلية في بوروهيدريد الليثيوم (LiBH4) وهي مادة محتملة من أجل تخزين الهيدروجين، واستنادًا إلى التحليل التفصيلي للهيكل وعلم الطاقة وترحيل العيوب المرتبطة بالليثيوم والبورون والهيدروجين، وتم اقتراح آلية محددة لتحلل ونزع الهيدروجين لـ (LiBH4) التي تتضمن النقل الجماعي بوساطة عيوب أصلية.

 

  • وفي هذه الآلية يطلق (LiBH4) البوران (BH3) على السطح أو الواجهة تاركًا الهيدروجين السالب الشحنة (H−) في المادة والذي يعمل بعد ذلك كموقع لتشكيل (LiH)، ويعد انتشار (H−) في الجزء الأكبر من (LiBH4) هو خطوة تحديد المعدل في حركية التحلل، لقد خضع بوروهيدريد الليثيوم وهيدريد المغنيسيوم والمخاليط الكروية المطحونة 2: 1 “غير المستقرة” (2LiBH4: MgHM2) للتحلل المائي في الطور السائل والتحلل المائي في الطور الغازي وتفاعلات أكسدة الهواء التي تمت مراقبتها بواسطة القياس الحراري المتساوي.

 

  • يعتبر بوروهيدريد الليثيوم أحد أكثر ناقلات الطاقة الكيميائية كثافة للطاقة وهي مادة جذابة محتملة لتخزين الهيدروجين بسبب كثافة الهيدروجين عالية الجاذبية (19.6٪)، كما وينتمي إلى مركبات البوروهيدريد، فهو يمثل مشكلة حقيقية للتغلب على الأهداف التي حددتها وزارة الطاقة الأمريكية في مجال الطاقة، وبالتالي يبلور الاهتمام والجهد الحاليين من أجل استخدام هذه المواد في التطبيقات المدنية والعسكرية على نطاق واسع، ومع ذلك بسبب استرطابتها الهامة يعتبر بوروهيدريد الليثيوم مادة خطرة تتطلب ظروف معالجة محددة للجوانب الصناعية.

 

  • من أجل فهم آلية التفاعل المتضمنة بين (LiBH4) وبخار الماء الذي يؤدي إلى إزالة الهيدروجين من المادة الأصلية وهناك العديد من التقنيات التجريبية مثل التحليل الطيفي للأشعة السينية (XPS) أو مطيافية (Raman) أو حيود الأشعة السينية (XRD) أو الحراري تم التحقيق في التحليل (TGA / DTA)، وفي الواقع اعتمادًا على معامل القياس المتكافئ للماء، وتم اقتراح العديد من التفاعلات في الأدبيات، ولكن مخطط تفاعل طريقة التحلل المائي الليثيوم بوروهيدريد لا يزال غير مؤكد، وقد أظهرت التحقيقات نتائج مثيرة للاهتمام وسلطت الضوء على تكوين ثنائي هيدرات الليثيوم المتماثل (LiBO2  2H2O) كمنتج تحلل مائي عبر تفاعل الغاز الصلب.

 

  • يعتبر بوروهيدريد الليثيوم عامل اختزال قوي، وفي مخاليط الميثانول وثنائي إيثيل الإيثر فإنه قادر على اختزال الإسترات إلى كحول والأميدات الأولية إلى الأمينات، ونظرًا لارتفاع انتقائية كيميائية فإن استخدام هذا المنتج مفيد بشكل خاص في بعض المستحضرات.

المصدر
1. INORGANIC CHEMISTRYCATHERINE E. HOUSECROFT AND ALAN G. SHARPE, FOURTH EDITION.2. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity Subsequent Edition by James E. Huheey (Author), Ellen A. Keiter (Author), Richard L. Keiter (Author).3. ‘Inorganic Chemistry’ by Catherine .E. Housecroft and Alan.G. Sharpe Pearson, 5th ed. 20184. ‘Basic Inorganic Chemistry’ ‘Inorganic Chemistry’, by Miessler, Fischer, and Tarr, 5th Edition, Pearson, 2014.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى