بورازين

الموسوعة الحرة

البورازين ، المعروف أيضاً باسم بورازول ، أو البنزين غير العضوي ، هو مركب غير عضوي صيغته الكيميائية B₃H₆N₃ . في هذا المركب الحلقي ، تتناوب ثلاث وحدات BH وثلاث وحدات NH. المركب متساوي الإلكترونات ومتماثل البنية مع البنزين . لهذا السبب ، يُشار إلى البورازين أحياناً باسم "البنزين غير العضوي". ومثل البنزين، البورازين سائل عديم اللون [ 2 ] ذو رائحة عطرية.

توليف

تم الإبلاغ عن هذا المركب في عام 1926 من قبل الكيميائيين ألفريد ستوك وإريك بولاند من خلال تفاعل ثنائي البوران مع الأمونيا . [ 3 ]

يمكن تصنيع البورازين عن طريق معالجة ثنائي البوران والأمونيا بنسبة 1:2 عند درجة حرارة 250-300 درجة  مئوية مع تحويل بنسبة 50٪.

3B2H6 + 6NH3 → 2B3H6N3 + 12H2​​​​​​​

هناك مسار بديل أكثر كفاءة يبدأ ببوروهيدريد الصوديوم وكبريتات الأمونيوم : [ 4 ]

6 NaBH 4 + 3 (NH 4 ) 2 SO 4 → 2 B 3 N 3 H 6 + 3 Na 2 SO 4 + 18 H 2

في عملية من خطوتين لإنتاج البورازين، يتم أولاً تحويل ثلاثي كلوريد البورون إلى ثلاثي كلورو بورازين:

3 BCl 3 + 3 NH 4 Cl → Cl 3 B 3 H 3 N 3 + 9 HCl

ثم يتم تحويل روابط B-Cl إلى روابط BH:

2 Cl 3 B 3 H 3 N 3 + 6 NaBH 4 → 2 B 3 H 6 N 3 + 3 B 2 H 6 + 6 NaCl

بناء

البورازين متساوي الإلكترونات مع البنزين وله بنية مماثلة، لذا يُشار إليه أحيانًا باسم "البنزين غير العضوي". هذه المقارنة ليست دقيقة تمامًا نظرًا لاختلاف السالبية الكهربية بين البورون والنيتروجين. تُظهر دراسات التركيب البلوري بالأشعة السينية أن أطوال الروابط داخل حلقة البورازين متساوية عند 1.429 أنغستروم، وهي خاصية مشتركة مع البنزين. [ 5 ] مع ذلك، لا تُشكّل حلقة البورازين شكلًا سداسيًا مثاليًا. تبلغ زاوية الرابطة 117.1 درجة عند ذرات البورون و122.9 درجة عند ذرات النيتروجين، مما يُعطي الجزيء مجموعة التناظر D3h .

إن السالبية الكهربائية للبورون (2.04 على مقياس باولينج ) مقارنة بالنيتروجين (3.04) وكذلك نقص الإلكترونات على ذرة البورون والزوج الإلكتروني الحر على النيتروجين يفضلان هياكل الميزوميرات البديلة للبورازين.

يتصرف البورون كحمض لويس ويتصرف النيتروجين كقاعدة لويس .

العطرية

نظراً لتشابهه مع البنزين، أُجريت العديد من التحليلات الحسابية والتجريبية لدراسة عطرية البورازين . يخضع عدد إلكترونات باي في البورازين لقاعدة 4n + 2، كما أن أطوال روابط BN متساوية، مما يشير إلى أن المركب قد يكون عطرياً. مع ذلك، فإن اختلاف الكهرسلبية بين البورون والنيتروجين يُحدث تفاوتاً في توزيع الشحنة، مما ينتج عنه روابط ذات طابع أيوني أكبر، وبالتالي يُتوقع أن يكون تمركز الإلكترونات فيه أضعف من نظيره الكربوني. يتميز البورازين بثبات حراري عالٍ، حيث يبلغ التغير القياسي في إنثالبي التكوين ΔfH -531 كيلوجول /مول. 

المدارات الرابطة الطبيعية (NBO)

تشير تحليلات المدارات الرابطة الطبيعية (NBO) إلى ضعف الخاصية العطرية في البورازين. [ 6 ] في نموذج NBO، تنزاح روابط BN في الحلقة قليلاً عن المحاور النووية، ويوجد فرق كبير في الشحنة بين البورون والنيتروجين. يوفر تحليل الحجب الكيميائي الطبيعي (NCS) مزيدًا من الأدلة على الخاصية العطرية استنادًا إلى مساهمة رابطة π بين البورون والنيتروجين في الحجب المغناطيسي. تُظهر الحسابات المستندة إلى مدارات NBO أن رابطة π هذه تسمح بتيار حلقي ضعيف يُعاكس إلى حد ما المجال المغناطيسي المُحاكى في مركز حلقة البورازين. يشير التيار الحلقي الصغير إلى وجود بعض عدم التمركز.

وظيفة تحديد موقع الإلكترون (ELF)

يشير التحليل الطوبولوجي للروابط في البورازين باستخدام دالة توطين الإلكترون (ELF) إلى إمكانية وصف البورازين بأنه مركب عطري π. ومع ذلك، فإن الروابط في البورازين أقل انتشارًا من تلك الموجودة في البنزين، وذلك استنادًا إلى اختلاف قيم التشعب لأحواض الإلكترون. تشير قيم التشعب الأكبر إلى انتشار إلكتروني أفضل، ويُعتقد أنه عندما تتجاوز قيمة التشعب 0.70، يكون الانتشار كافيًا لتصنيف المركب على أنه عطري. [ 7 ] بالنسبة للبنزين، تبلغ هذه القيمة 0.91، لكن نظام π في البورازين يتشعب عند قيمة ELF البالغة 0.682. [ 8 ] يعود هذا إلى اختلاف السالبية الكهربية بين البورون والنيتروجين، مما ينتج عنه تفاعل رابطة أضعف من تفاعل الرابطة الكربونية في البنزين، ما يؤدي إلى زيادة تمركز الإلكترونات على وحدتي BH وNH. قيمة التشعب أقل بقليل من الحد 0.70، مما يشير إلى عطرية متوسطة.

التفاعل

التحلل المائي

يتحلل البورازين بسهولة، مما ينتج عنه حمض البوريك والأمونيا والهيدروجين.

البلمرة

بولي بورازيلين

يؤدي تسخين البورازين عند درجة حرارة 70  درجة مئوية إلى طرد الهيدروجين مع تكوين البوليبورازيلين:

n B 3 N 3 H 6 → 1/n[B 3 N 3 H 4 ] n

باستخدام هاليدات الهيدروجين والهالوجينات

يشكل مع كلوريد الهيدروجين ناتج إضافة .

B₃N₃H₆ + 3 HCl → B₃N₃H₉Cl₃​​​​​​​​
تفاعل إضافة البورازين مع كلوريد الهيدروجين
ب 3 ن 3 ح 9 Cl 3 + NaBH 4 → (BH 4 N) 3
الاختزال باستخدام بوروهيدريد الصوديوم

لا يتطلب تفاعل الإضافة مع البروم وجود عامل مساعد . تخضع البورازينات لهجوم نيوكليوفيلي على ذرة البورون وهجوم إلكتروفيلي على ذرة النيتروجين.

مادة أولية خزفية

يمكن تحضير نتريد البورون  عن طريق تسخين البوليبورازيلين إلى 1000 درجة مئوية. [ 4 ]

تُعدّ البورازينات أيضاً مواد أولية لأنواع أخرى من السيراميك المحتمل مثل كربونات نتريد البورون . كما يمكن استخدام البورازين كمادة أولية لإنماء أغشية رقيقة وطبقات أحادية من نتريد البورون سداسي الشكل (h-BN) على أسطح محفزة مثل النحاس، [ 9 ] والبلاتين، [ 10 ] والنيكل، [ 11 ] والحديد ، [ 12 ] وغيرها الكثير، باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار (CVD).

طريقة تركيبية لكربونات البورون، الخطوة الأولى هي تفاعل هيدروبورنة لمركب أوليغوميري، تليها الخطوة الثانية: التحلل الحراري
طريقة تركيبية لكربونات البورون، الخطوة الأولى هي تفاعل هيدروبورنة لمركب أوليغوميري، تليها الخطوة الثانية: التحلل الحراري

تم اقتراح البوليبورازيلين كوسيط لتخزين الهيدروجين المعاد تدويره لتطبيقات مركبات خلايا وقود الهيدروجين ، باستخدام عملية "وعاء واحد" للهضم والاختزال لإعادة إنتاج بوران الأمونيا. [ 13 ]

من بين مركبات البورون والنيترو الأخرى، تم التنبؤ بأن البورازينات المختلطة المستبدلة بالأمين والنيترو تتفوق على المتفجرات القائمة على الكربون مثل CL-20 . [ 14 ] [ 15 ]

كاربورازين ( ج)2 ساعة2 ب2 شمال2 ) عبارة عن حلقة عطرية سداسية تحتوي على ذرتي كربون وذرتي نيتروجين وذرتي بورون في أزواج متقابلة. [ 16 ] [ 17 ]

1,2-ثنائي هيدرو-1,2-أزابورين ( C4 BNH6 ) عبارة عن حلقة سداسية تحتوي على أربع ذرات كربون، وذرة نيتروجين واحدة، وذرة بورون واحدة.

انظر أيضاً

للمزيد من القراءة

مراجع

  1. ↑ "مقدمة". تسمية الكيمياء العضوية : توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والأسماء المفضلة 2013 (الكتاب الأزرق) . كامبريدج: الجمعية الملكية للكيمياء . 2014. ص 968. doi : 10.1039/9781849733069-FP001 . ISBN   978-0-85404-182-4.
  2. ↑ دوارد شرايفر؛ بيتر أتكينز (2010). الكيمياء غير العضوية ( الطبعة الخامسة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. ص 328. ISBN   978-1429218207.
  3. ^ المخزون أ، بوهلاند إي (أكتوبر 1926). "Borwasserstoffe, VIII. Zur Kenntnis des B 2 H 6 und des B 5 H 11 " [ محلول حمض البوريك، الثامن فيما يتعلق بمعرفة B 2 H 6 و B 5 H 11 ] . بيريشت (في المانيا). 59 (9): 2210-2215 . دوى : 10.1002/cber.19260590906 .
  4. 1 2 وايدمان، توماس؛ فازن، بول ج. لينش، آن تي؛ سو، كاي؛ ريمسن، إدوارد E.؛ سنيدون، لاري ج. (1998). "بورازين، بوليبورازين، بيتا-فينيلبورازين، وبولي (بيتا-فينيلبورازين)". البورازين، بوليبورازين، بيتا-فينيلبورازين، وبولي (بيتا-فينيلبورازين) . توليفات غير عضوية. المجلد. 32. الصفحات من 232 إلى 242. دوى : 10.1002/9780470132630.ch39 . رقم ISBN   9780470132630.
  5. ↑ بوز ر، ماوليتز أ.هـ، ستيلبيرغ ب (1994). "بورازين الحالة الصلبة: هل يستحق أن يُطلق عليه اسم "بنزين غير عضوي"؟". Chemische Berichte . 127 (10): 1887–1889 . doi : 10.1002/cber.19941271011 .
  6. ↑ شين و، لي م، لي ف، وانغ س (2007). "دراسة نظرية للبورازين ومشتقاته". مجلة الكيمياء غير العضوية . 360 (2): 619-624 . doi : 10.1016/j.ica.2006.08.028 .
  7. ↑ سانتوس، جيه سي، تيزنادو، دبليو، كونتريراس، آر، فوينتيالبا، بي (يناير 2004). "فصل سيجما-باي لوظيفة توطين الإلكترون والعطرية". مجلة الفيزياء الكيميائية . 120 (4): 1670-1673 . Bibcode : 2004JChPh.120.1670S . doi : 10.1063/1.1635799 . hdl : 10533/175272 . PMID 15268298 . 
  8. ↑ إيسلاس ر، تشامورو إي، روبلز ج، هاين ت، سانتوس جيه سي، ميرينو ج (2007). "البورازين: هل هو عطري أم لا؟". الكيمياء البنيوية . 18 (6): 833-839 . doi : 10.1007/s11224-007-9229-z . S2CID 95098134 . 
  9. ↑ كيدامبي، بي آر، بلوم، آر، كلينغ، جيه، فاغنر، جيه بي، بايتز، سي، ويذروب، آر إس، وآخرون . (نوفمبر 2014). "ملاحظات في الموقع أثناء الترسيب الكيميائي للبخار لنيتريد البورون السداسي على النحاس متعدد البلورات" . كيمياء المواد . 26 (22): 6380-6392 . doi : 10.1021/cm502603n . PMC 4311958. PMID 25673919 .   
  10. ↑ كيم جي، جانغ إيه آر، جيونغ إتش واي، لي زد، كانغ دي جيه، شين إتش إس (أبريل 2013). "نمو طبقة أحادية عالية التبلور من نتريد البورون سداسي الشكل على رقائق البلاتين القابلة لإعادة التدوير". رسائل نانو . 13 (4): 1834-1839 . Bibcode : 2013NanoL..13.1834K . doi : 10.1021/nl400559s . PMID 23527543 . 
  11. ↑ تشاتيرجي إس، لو زد، أسيرس إم، ييتس دي إم، جونسون إيه تي، سنيدون إل جي (25 أكتوبر 2011). "الترسيب الكيميائي للبخار لألواح نانوية من نتريد البورون على ركائز معدنية عبر تفاعلات ديكابوران/الأمونيا". كيمياء المواد . 23 (20): 4414-4416 . doi : 10.1021/cm201955v . ISSN 0897-4756 . 
  12. ↑ كانيفا إس، ويذروب آر إس، باير بي سي، برينان بي، سبنسر إس جيه، مينغارد كيه، وآخرون (مارس 2015). "التحكم في التكوين النوي لمجالات بلورية أحادية كبيرة من طبقة أحادية من نتريد البورون السداسي عبر محفزات الحديد المطعم بالسيليكون" . رسائل نانو . 15 (3): 1867-1875 . Bibcode : 2015NanoL..15.1867C . doi : 10.1021/ nl5046632 . PMC 4358078. PMID 25664483 .   
  13. ↑ ديفيس، بي. إل.، ديكسون، دي. إيه.، غارنر، إي. بي.، غوردون، جيه. سي.، ماتوس، إم. إتش.، سكوت، بي.، ستيفنز، إف. إتش. (2009). "تجديد فعال لوقود الأمونيا بوران المستهلك جزئيًا". Angewandte Chemie . 48 (37): 6812-6816 . doi : 10.1002/anie.200900680 . OSTI 960522. PMID 19514023 .  
  14. ↑ كوخ إي سي، كلابوتكه تي إم (2012). "المتفجرات عالية الطاقة القائمة على البورون" . المواد الدافعة والمتفجرات والألعاب النارية . 37 (3): 335-344 . doi : 10.1002/prep.201100157 .
  15. ↑ كيرفين إس، فينويك أو، دي ستاسيو إف، شين واي إس، ووترز جيه، أكورسي جي، وآخرون (يونيو 2013). " تعدد الأشكال، والتألق، والخصائص الكهروضوئية لمشتق بورازين" . الكيمياء: مجلة أوروبية . 19 (24): 7771-7779 . doi : 10.1002/chem.201204598 . PMID 23616404. S2CID 9774352 .   
  16. ↑ سريفاستافا، أ. ك.، وميسرا، ن. (2015). "تقديم "الكاربورازين" كنوع عطري حلقي غير متجانس جديد". المجلة الجديدة للكيمياء . 39 (4): 2483-2488 . doi : 10.1039/c4nj02089h . S2CID 94792421 . 
  17. ↑ بونيفازي د، فاسانو ف، لورينزو-غارسيا م م، مارينيلي د، أوباها ح، تاسيرول ج (أكتوبر 2015). "هياكل الكربون المطعمة بالبورون والنيتروجين: الكيمياء العضوية، والتجميع الذاتي، وتطبيقات المواد للبورازين ومشتقاته". مجلة الاتصالات الكيميائية . 51 (83): 15222-36 . doi : 10.1039/C5CC06611E . PMID 26411675 . 

للمزيد من القراءة

شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بالبورازين على ويكيميديا ​​كومنز