Natrio borohidrido (NaBH4) sintezė

[deinemudda69]

Natrio borohidridas (NaBH4) yra reduktorius, randantis pritaikymą chemijoje tiek laboratorijoje, tiek pramoniniu mastu.
Šis junginys tirpsta alkoholiuose, tam tikruose eteriuose ir vandenyje, nors lėtai hidrolizuojasi.

DĖMESIO:
Natrio borohidridas yra vandenilio arba diborano, kurie abu yra degūs, šaltinis. Natrio borohidrido tirpalas dimetilformamide gali savaime užsidegti.
Zhu et al. (2020) (doi.org/10.1002/anie.201915988) pateikia lengvą NaBH4 sintezės metodą, kurio išeiga yra didelė, o sąnaudos nedidelės.

Naudojant šį metodą NaBH4 mechanochemiškai sintetinamas rutuliniu būdu malant Mg, Na2B4O7-10H2O ir Na2CO3 18:1:1 moliniu santykiu. Po 20 val. gaunama 75,7 %, o po 30 val. - 78,6 % išeiga.
Kai Na2B4O7-10H2O ir Na2B4O7-5H2O malami rutuliniu malūnu kartu su Na2CO3 ir Mg moliniu santykiu 0,6:0,4:1:22, taip pat sėkmingai susintetinamas NaBH4.

Mg taip pat gali būti pakeistas Al arba Ca, kad būtų galima sintetinti NaBH4.
Siekiant išvengti Mg oksidacijos dėl atmosferos deguonies, būtina naudoti inertinę atmosferą.

Malonūs linkėjimai

 

[MadHatter]

Oho, tai skamba puikiai. O ar jūs pats tai darėte, ar tai tik teorinis darbas?
Taigi iš esmės būtų galima sumaišyti aliuminio miltelius, boraksą ir natrio karbonatą rutuliniame malūne (su vandeniu? Atsiprašau už noobišką klausimą. O gal tai sausa reakcija?) ir paleisti 20+ valandų? Kambario temperatūroje? Ar tikrai? Visi sintezatoriai, apie kuriuos skaičiau, atliekami tikrai aukštoje temperatūroje.
Inertinė atmosfera, žinoma, yra didžiulė problema. Ar tai taip pat svarbu, kai naudojamos Al dulkės? Ir ar turite kokių nors patarimų, kaip praktiškai tai pasiekti slaptoje aplinkoje?

 

[deinemudda69]

Norint išgauti NaBH4 po mechanocheminės sintezės, reikia pasirinkti tinkamą tirpiklį.

Natrio borohidridas tirpsta daugumoje polinių tirpiklių, turinčių hidroksilo arba amino grupę.

Natrio borohidrido stabilumas organiniuose tirpikliuose priklauso nuo galimos hidrolizės laipsnio. Natrio borohidrido nestabilumą žemesniuosiuose alkoholiuose (metanolyje, etanolyje) galima įveikti pridėjus bazės. Vandens buvimas pagreitina hidrolizės reakciją.

Natrio borohidrido stabilumas tirpale, kuriame yra vandens, priklauso nuo tirpalo temperatūros ir pH. Hidrolizės reakcija vyksta išsiskiriant vandenilio dujoms, todėl natrio borohidrido stabilumas sumažėja, kai temperatūra padidėja arba pH sumažėja.

Malonūs linkėjimai

 

[deinemudda69]

Tolesniam skaitymui rekomenduoju https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04354.
Šiame leidinyje naudojamos cheminės medžiagos yra NaH ir MgH, taip pat Na2B4O7 pentahidratas, todėl jis yra sudėtingesnis.

Neįpilkite vandens, NaBH4 susidarymui būtinas vandenilis gaunamas iš hidratuoto Na2B4O7. Be to, NaBH4 suyra vandenyje, kurio pH < 14.

Malimui naudokite sandarų indą, pripildytą inertinių dujų. Likusį deguonį sunaudos Mg milteliai.

Taip, aplinkos temperatūra yra tinkama, nes abiejuose susijusiuose dokumentuose naudojama aplinkos temperatūra.

Malonūs linkėjimai

 

[MadHatter]

Bet aš tikriausiai pasirinkčiau naudoti aliuminio miltelius, spėju, kad tai tas pats?
Ir ar su tuo susiję kokie nors kritiniai saugos klausimai? Kadangi naudosiu hermetiškai uždarytą indą, kaip dėl garų slėgio susidarymo reakcijos metu?

 

[deinemudda69]

Taip, būtent taip rašoma dokumente. Galbūt išbandykite ir pasakykite, ar jums pasiteisino.

Manau, kad šiame procese galimas vandenilio kaupimasis. Metalų milteliai, vandenilis ir NaBH4 yra degūs.

Malonūs linkėjimai

 

[MadHatter]

Hmm, tuomet mums lieka labai reali ir praktinė labai degios bombos svaidymo problema. Jei tumblerio rezervuare (kuris turi būti sandarus, kad išlaikytų N2 amosferą) susidarys vandenilio slėgis, anksčiau ar vėliau jis sprogs.
Taigi sprendimas, manau, būtų įrengti kokį nors apsauginį vožtuvą ant tumblerio cilindro. Vienkryptį į išorę nukreiptą vožtuvą.
Taigi tai neatrodo itin "lengva" sintezė, išskyrus popieriuje. Labai abejoju, ar kada nors pats to ėmėtės? Tai labai TEORETINIS "lengvumas" ir diskusija, kuriai galbūt geriau vieta Sciencemadness. Ten, kur teorija gali užpildyti 20 puslapių, po kurių seka eksperimentinė dalis, įrodanti, kad visas procesas praktiškai neįmanomas keturiais sakiniais...

 

[deinemudda69]

Įdomu, ką konkrečiai laikote sudėtingu. Procedūrai atlikti reikia tik palyginti netoksiškų ir lengvai gaunamų reagentų bei paprasto aparato.

Nedidelės apimties sintezei pakanka besisukančio kampuočio formos Weck stiklainio su guminiu sandarikliu, pripildyto malimo rutuliukų - jis yra palyginti sandarus, neleidžiantis patekti deguoniui, bet ne per sandarus, kad nesusidarytų slėgis.

Vandenilio susidarymas skylant yra pagrindinė metalų hidridų savybė, dėl to nėra prasmės skųstis.

Praneškite man, jei yra paprastesnis NaBH4 sintezės metodas, apie kurį nežinau.

Malonūs linkėjimai

 

[MadHatter]

Atsiprašau, nenorėjau nuskambėti taip kritiškai, kaip suprantu. Esu labai dėkingas už dalijimąsi informacija! Ir esu tikras, kad nėra LENGVESNIO būdo, bet tai mažai ką sako, nes daugelis tradicinių būdų, matyt, susiję su aukštesne nei 600 C temperatūra...
Noriu pasakyti, kad velnias slypi detalėse. O detalės niekada nebūna visiškai aiškios, kol pats neišbandai reakcijos. Kadangi niekada neatsakote į mano klausimą, turiu daryti prielaidą, kad niekada to nedarėte.

Pirmiausia: kokią frezavimo terpę ir kokį frezavimo metodą reikėtų naudoti? Dabar gavau visą straipsnio tekstą, kuriame rašoma, kad naudojamas 1000 ciklų per minutę trintuvo tipo rutulinis malūnas. Tai nėra įprastas akmenų malūnas ir nėra prieinamas slaptam virėjui. Kadangi straipsnyje ciklų kiekis buvo glaudžiai susijęs su procedūros rezultatu (galbūt kažkas susiję su medžiagai perduodamos energijos kiekiu?), sakyčiau, kad trynimo įprastame sukamajame trintuve rezultatai yra visiškai nežinomi. Tai yra, kol iš tikrųjų to nepadarysite.

Antra: nors medžiagos netoksiškos, reakcijos metu susidaro, kaip jūs išmintingai kelis kartus paminėjote, labai degus H2, kurio kiekis nežinomas, ir galbūt, netgi tikėtina, šiek tiek šilumos. Visa tai sandariai uždarytame judančiame konteineryje su malimo terpe, kuri gali sukelti kibirkštis, jei nėra labai protingai parinkta, yra geras mažos bombos apibūdinimas. Taigi sakyčiau, kad tikrai yra prasmės skųstis dėl to prieš sprogimą, o ne po jo .

Taigi štai taip. Ne dėl to, kad to nereikėtų bandyti, bet tai nėra labai lengvas procesas. Įdomus, tikrai, moksliniu lygmeniu! Tačiau straipsnyje nerandu jokios nuorodos į Al naudojimą, ar aš jį skaitau negrabiai?
Ir jei jūs arba aš iš tikrųjų bandysime šią reakciją artimiausiu metu, galvoju apie absoliutų etanolį, sumaišytą su NaOH, kaip tirpiklį produktui išgryninti. Turėtų likti nesureagavusio borakso ir karbonato, kuriuos galima filtruoti. Ką manote jūs?

Taip pat malonūs linkėjimai!

 

[deinemudda69]

Su tuo sutinku. Priklausomai nuo malimo metodo malimo laikas tikrai skiriasi.

Talpykloje trūksta oksidatoriaus.

Minėtame straipsnyje rašoma: "Mg taip pat gali būti pakeistas Al arba Ca, kad būtų galima sintetinti NaBH4 (pagalbinė informacija, S11 pav.)"


NaBH4 tirpalas etanolyje per 4 valandas išskiria 33 % turimo vandenilio.

Neturiu patikimos informacijos apie NaBH4 stabilizavimą NaOH etanolyje, bet manau, kad tai galėtų veikti.

Didelis NaBH4 stabilumas ir nuo temperatūros priklausantis tirpumas izopropilo alkoholyje daro jį patogesniu tirpikliu ekstrakcijai.

Didelio grynumo NaBH4 (99,6-99,9 %) galima gauti rekristalizuojant iš dietilenglikolio dimetileterio.

Malonūs linkėjimai

 

[MadHatter]

Taip, bet jame taip pat yra Mg. Iš dalies esu kilęs iš pirotechnikos pasaulio, o miltelių pavidalo Mg yra medžiaga, su kuria, kaip žinau, reikia elgtis itin pagarbiai. Ji gali sudaryti degius junginius su dalykais, kuriuos laikėte visiškai inertiniais, o rutulinis malimas beveik visko, kas turi Mg, atliekamas tik taikant griežtas saugumo procedūras. Malimo terpės, talpyklos, jų šalutinių produktų ir borakso H20... ir, jei įvyktų sprogimas, plieniniai ir keraminiai rutuliukai iššautų į orą...

 

[deinemudda69]

Kokias saugos priemones rekomenduotumėte taikyti atliekant mechanocheminę NaBH4 sintezę?

Ar manote, kad reikėtų teikti pirmenybę elektrocheminiam metaborato redukavimui į borohidridą, o ne mechanocheminei sintezei?

 

[MadHatter]

Na, pirmiausia tikrai nesu įsitikinęs, kad tai įmanoma net be didelės energijos rutulinio malūno. Manau, kad kalbame apie savaites trunkantį malimą, o tai kartu su saugumo problemomis visą procesą paverčia nenaudingu slaptoje aplinkoje. Straipsnyje aiškiai nurodoma, kad NaBH4 pradeda irti, jei malimo trukmė ilgesnė nei 10 h, ir kad išeiga nuo to laiko mažėja. Jie daro prielaidą, kad taip yra dėl to, kad iš malimo terpės pasišalina Fe, o vėliau susidaro šalutinis produktas Fe2B. Tai gali būti susiję su didele malūno energija, tačiau tai taip pat gali būti problema, susijusi su rotaciniu malūnu. Sakykime, kad būgnas pagamintas iš PVC, kito plastiko ar gumos... kas iš jo išsiskirtų per tokį malimo laiką?

Jei kas nors tai darytų, sakyčiau, kad turite būti velniškai tikri, jog tai daroma inertinėje atmosferoje, kuri turi būti palaikoma viso malimo proceso metu. Straipsnyje viskas vyksta argono atmosferoje pirštinių dėžėje.
Toliau, H2O buvimas mišinyje kelia nerimą, todėl niekada nepradėčiau ir net nebūčiau toje pačioje patalpoje, kurioje veikia rutulinis malūnas. Niekada nepaleisčiau jo pastate, kuriame gyvena kiti žmonės, ar net apgyvendintoje vietovėje (visa tai yra pagrindinės pirotechnikos saugos procedūros). Be to, iš tikrųjų galiausiai reikia atidaryti talpyklą ir įsileisti oro... Tiesą sakant, nežinau, kokią realią saugos procedūrą reikėtų taikyti tokioje situacijoje. Roboto ranka?

 

[deinemudda69]

Labai vertinu jūsų įspėjimus. Tai gali užkirsti kelią nelaimingam atsitikimui.
Reikia aiškiai atkreipti dėmesį į tinkamas saugos priemones, ypač kai reakcija atliekama dideliu mastu.

Galvoju apie aliuminio oksido keraminius šlifavimo rutuliukus šiai problemai sumažinti. Tikiuosi, kad kartu su keramikiniu arba stikliniu indu nusidėvėjimas labai nesutrukdys reakcijai.


Elif Sanli ir kiti (2010) pateikia NaBH4 elektrocheminės sintezės kambario temperatūroje ir atmosferos slėgyje metodą. Įdomus Ag marlės elektrodo naudojimas kaip katalizatoriaus, ir vis dar palyginti paprastas procesas, palyginti su įprastais pramoniniais metodais. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.11.091

Kaip jūs, vaikinai, gaunate NaBH4, ar nesintetinate jo patys?
Praneškite man, jei praleidžiu patogesnį sintezės būdą.

Malonūs linkėjimai

 

[T0lek511]

O tai gera sintezė, nes mano šalyje NaBH4 yra toks brangus