Sodyum borhidrür (NaBH4) sentezi

[deinemudda69]

Sodyum borhidrür (NaBH4), kimyada hem laboratuvarda hem de endüstriyel ölçekte uygulama alanı bulan bir indirgeyici maddedir.
Bileşik alkollerde, bazı eterlerde ve suda çözünür, ancak yavaşça hidrolize olur.

DİKKAT:
Sodyum borhidrür, her ikisi de yanıcı olan hidrojen veya diboran kaynağıdır. Sodyum borohidrürün dimetilformamid içindeki çözeltisinden kendiliğinden tutuşma meydana gelebilir.
Zhu ve diğerleri (2020) (doi.org/10.1002/anie.201915988) NaBH4 sentezi için yüksek verim ve düşük maliyetle kolay bir yöntem bildirmektedir.

Bu yöntem kullanılarak NaBH4, Mg, Na2B4O7-10H2O ve Na2CO3'ün 18:1:1 molar oranında bilyeli öğütülmesi ile mekanokimyasal olarak sentezlenmiştir. 20 saat sonra %75,7'lik ve 30 saat sonra %78,6'lık bir verim elde edilmiştir.
Na2B4O7-10H2O ve Na2B4O7-5H2O, Na2CO3 ve Mg ile 0,6:0,4:1:22 molar oranında eş zamanlı olarak bilyeli öğütüldüğünde, NaBH4 de başarılı bir şekilde sentezlenir.

NaBH4 sentezlemek için Mg, Al veya Ca ile de değiştirilebilir.
Atmosferik oksijen ile Mg oksidasyonunu önlemek için inert bir atmosfer gereklidir.

Saygılarımla

 

[MadHatter]

Kulağa harika geliyor. Bunu kendiniz mi yaptınız yoksa tamamen teorik mi?
Yani temelde alüminyum tozu, boraks ve sodyum karbonatı bir bilyalı değirmende karıştırmak (suyla mı? noob soru için üzgünüm. Yoksa kuru bir reaksiyon mu?) ve 20 + saat boyunca çalıştırmak mümkün olabilir mi? Oda sıcaklığında mı? Gerçekten mi? Okuduğum tüm sentezler gerçekten yüksek sıcaklıkta yapılıyor.
İnert atmosfer elbette büyük bir sorun. Al tozu kullanırken bu kadar kritik mi? Ve bunu gizli bir ortamda pratik olarak nasıl başaracağınıza dair bazı ipuçlarınız var mı?

 

[deinemudda69]

Mekanokimyasal sentezden sonra NaBH4'ü çıkarmak için uygun bir çözücü seçilmelidir.

Sodyum borohidrit, hidroksil veya amin grubu içeren çoğu polar çözücüde çözünür.

Sodyum borhidrürün organik çözücülerdeki kararlılığı, meydana gelebilecek hidroliz derecesine bağlıdır. Sodyum borhidrürün düşük alkollerdeki (metanol, etanol) kararsızlığı bir baz ilavesiyle aşılabilir. Suyun varlığı hidroliz reaksiyonunu hızlandırır.

Sodyum borhidrürün su içeren çözeltideki kararlılığı, çözeltinin sıcaklığına ve pH değerine bağlıdır. Hidroliz reaksiyonu, sıcaklık arttığında veya pH düşürüldüğünde sodyum borhidrürün kararlılığını azaltan hidrojen gazı açığa çıkararak gerçekleşir.

Saygılarımla

 

[deinemudda69]

Daha fazla okuma için https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04354 adresini tavsiye ederim.
Bu yayında kullanılan kimyasallar NaH ve MgH'nin yanı sıra Na2B4O7 pentahidrattır ve bu da işi daha da zorlaştırmaktadır.

Su eklemeyin, NaBH4 oluşumu için gerekli hidrojen hidratlı Na2B4O7'den kaynaklanır. Ayrıca NaBH4 pH < 14 olan suda ayrışır.

Öğütme için inert gazla dolu kapalı bir kap kullanın. Kalan oksijen Mg tozu tarafından tüketilecektir.

Evet, bağlantılı makalelerin her ikisi de ortam sıcaklığını kullandığından, ortam sıcaklığı uygundur.

Saygılarımla

 

[MadHatter]

Ama muhtemelen alüminyum tozu kullanmayı tercih ederdim, sanırım bunun için de aynı şey geçerli?
Ve bununla ilgili herhangi bir kritik güvenlik endişesi var mı? Hermetik olarak kapatılmış bir kap kullanacağım için, reaksiyon sırasında buhar basıncı oluşumu nasıl olur?

 

[deinemudda69]

Evet, makalede böyle yazıyor. Belki siz de dener ve işe yarayıp yaramadığını bize söylersiniz.

Süreçte hidrojen oluşumunun mümkün olduğunu düşünüyorum. Metal tozları, hidrojen ve NaBH4 yanıcıdır.

Saygılarımla

 

[MadHatter]

Hmm, o zaman geriye son derece yanıcı bir bombayı yuvarlamak gibi gerçek ve pratik bir sorun kalıyor. Eğer tambur tankında hidrojen basıncı oluşursa (N2 amosferini korumak için hava geçirmez olması gerekir), er ya da geç patlayacaktır.
Sanırım çözüm, tambur silindirine bir tür emniyet valfi takmak olacaktır. Dışa doğru tek yönlü bir akış valfi.
Yani bu, kağıt üzerinde olması dışında, özellikle "kolay" bir sentez gibi görünmüyor. Bunu kendi başınıza yaptığınızdan ciddi olarak şüpheliyim. Bu çok TEORİK bir "kolaylık" ve belki de Sciencemadness'ta daha iyi bir yuvası olan bir tartışma. Teorinin 20 sayfayı doldurabildiği ve ardından dört cümleyle tüm sürecin pratikte imkansız olduğunu kanıtlayan deneysel bir bölümün geldiği yerde ...

 

[deinemudda69]

Tam olarak neyin karmaşık olduğunu düşündüğünüzü merak ediyorum. Prosedür sadece nispeten toksik olmayan ve elde edilmesi kolay reaktifler ve basit bir aparat gerektirir.

Küçük ölçekli sentezler için öğütme bilyeleri ile doldurulmuş, kauçuk contalı, döner açısal şekilli bir weck kavanozu yeterlidir - bu, oksijeni dışarıda tutan nispeten hava geçirmezdir, ancak basınç oluşumunu önleyen çok sıkı değildir.

Ayrışma sırasında hidrojen oluşumu metal hidritlerin temel özelliğidir, bu konuda şikayet etmenin bir anlamı yoktur.

NaBH4 sentezi için bilmediğim daha basit bir yöntem varsa lütfen bana bildirin.

Saygılarımla

 

[MadHatter]

Özür dilerim, fark ettiğim kadar eleştirel konuşmak istememiştim. Bilgi paylaşımınız için çok minnettarım! Ve eminim ki DAHA KOLAY bir yol yoktur, ancak geleneksel yöntemlerin çoğu 600 C'nin üzerindeki sıcaklıkları içerdiğinden bu pek bir şey ifade etmiyor ...
Demek istediğim şeytan ayrıntıda gizlidir. Ve reaksiyonu gerçekten kendiniz deneyene kadar ayrıntılar asla gerçekten belirgin hale gelmez. Soruma hiç yanıt vermediğinize göre, hiç yanıt vermediğinizi varsaymak zorundayım.

Öncelikle: hangi öğütme ortamı ve hangi öğütme yöntemi kullanılmalıdır? Şimdi makalenin tam metnini ele geçirdim ve dakikada 1000 devir üreten çalkalayıcı tipi bir bilyalı değirmen kullanıyorlar. Bu sıradan bir kaya tamburu değil ve gizli aşçılar için erişilebilir değil. Döngü miktarı makaledeki prosedürün sonucuyla sıkı sıkıya bağlantılı olduğu için (muhtemelen malzemeye aktarılan enerji miktarıyla ilgili bir şey?), sıradan bir döner tamburda yuvarlamanın sonuçlarının tamamen bilinmediğini söyleyebilirim. Ta ki siz bunu gerçekten yapana kadar.

İkincisi: malzemeler toksik olmasa da, reaksiyon, sizin de birkaç kez akıllıca belirttiğiniz gibi, bilinmeyen miktarda yüksek derecede yanıcı H2 ve muhtemelen, hatta muhtemelen bir miktar ısı üretir. Tüm bunlar, çok akıllıca seçilmediği takdirde kıvılcım üretebilecek öğütme ortamına sahip sıkıca kapatılmış hareketli bir kapta, küçük bir bombanın iyi bir tanımıdır. Bu nedenle, patlamadan sonra değil de önce şikayet etmenin kesinlikle iyi bir nokta olduğunu söyleyebilirim .

İşte böyle. Denenmemesi gerektiğinden değil, ancak üstlenilmesi çok kolay bir süreç değil. Bilimsel açıdan kesinlikle ilginç bir süreç! Ancak makalede Al kullanımına dair herhangi bir referans bulamadım, yoksa ben mi özensiz okuyorum?
Ve eğer siz ya da ben bu reaksiyonu yakın zamanda denersek, ürünü saflaştırmak için çözücü olarak NaOH ile karıştırılmış mutlak etanol düşünüyorum. Reaksiyona girmemiş boraks ve karbonat çözünmemiş ve filtrelenmeye hazır halde kalmalı. Siz ne düşünüyorsunuz?

Ayrıca saygılarımla!

 

[deinemudda69]

Buna katılıyorum. Öğütme yöntemine bağlı olarak öğütme süreleri kesinlikle değişir.

Kapta oksitleyici bir madde eksik.

Söz konusu makalede "NaBH4 sentezlemek için Mg, Al veya Ca ile de değiştirilebilir (Destekleyici Bilgiler, Şekil S11)" denmektedir.


Etanol içindeki bir NaBH4 çözeltisi, 4 saat içinde mevcut hidrojenin %33'ünü açığa çıkarır.

Etanol içinde NaOH ile NaBH4 stabilizasyonu hakkında güvenilir bir bilgim yok ancak işe yarayabileceğini varsayıyorum.

NaBH4'ün izopropil alkol içindeki yüksek stabilitesi ve sıcaklığa bağlı çözünürlüğü, onu ekstraksiyon için daha uygun bir çözücü haline getirir.

Yüksek saflıkta NaBH4 (%99,6 ila 99,9) dietilen glikolün dimetil eterinden yeniden kristallendirme yoluyla elde edilebilir.

Saygılarımla

 

[MadHatter]

Evet, ama aynı zamanda Mg de içeriyor. Ben kısmen piroteknik dünyasından geliyorum ve toz Mg, son derece saygılı davranmam gerektiğini bildiğim bir maddedir. Tamamen inert olduğunu düşündüğünüz şeylerle tutuşabilir bileşikler oluşturabilir ve Mg içeren hemen hemen her şeyin bilyeli öğütülmesi yalnızca titiz güvenlik rutinleri uygulanarak yapılır. Öğütme ortamının, kabın, bunların yan ürünlerinin borakstan gelen H20 ile birlikte dökülmesi ... ve sonra, bir patlama meydana gelirse, dışarı fırlayan çelik / seramik bilyeleriniz var ...

 

[deinemudda69]

Mekanokimyasal NaBH4 sentezi için ne tür güvenlik önlemleri önerirsiniz?

Metaboratın elektrokimyasal yolla borhidrüre indirgenmesinin mekanokimyasal senteze tercih edilmesi gerektiğini düşünüyor musunuz?

 

[MadHatter]

Öncelikle, yüksek enerjili bir bilyalı değirmen olmadan bunun mümkün olduğuna kesinlikle ikna olmadım. Sanırım haftalar süren bir öğütme işleminden bahsediyoruz ki bu da güvenlik kaygılarıyla birleşince tüm süreci gizli bir ortamda işe yaramaz hale getiriyor. Makalede, öğütme süresi 10 saatten uzunsa NaBH4'ün ayrışmaya başladığı ve bundan sonra verimin düştüğü açıkça belirtiliyor. Bunun, Fe'nin öğütme ortamından dökülmesinden ve ardından yan ürün Fe2B'nin birikmesinden kaynaklandığını tahmin ediyorlar. Bu, değirmenin yüksek enerjili yapısından kaynaklanıyor olabilir, ancak döner tamburla ilgili bir sorun da olabilir. Diyelim ki tambur PVC'den veya başka bir plastikten ya da kauçuktan yapıldı... bu tür bir öğütme süresinde bundan ne dökülür?

Eğer biri bunu yapacaksa, tüm öğütme süreci boyunca tutulması gereken inert bir atmosfer altında yapıldığından emin olmanız gerektiğini söyleyebilirim. Makalede her şey bir eldiven kutusu içinde argon atmosferinde gerçekleşiyor.
Sırada, karışımda H2O bulunması endişe verici ve ben olsam asla bilyalı değirmeni çalıştırmaz, hatta çalışırken onunla aynı odada bulunmazdım. Asla başkalarının yaşadığı bir binada veya hatta kalabalık bir alanda çalıştırmazdım (bunların hepsi piroteknikte temel güvenlik prosedürleridir BTW). Bir de eninde sonunda kabı açıp içeri hava alma meselesi var... Aslında bu durumda hangi gerçekçi güvenlik prosedürünün uygulanacağını bilmiyorum. Robotik bir kol mu?

 

[deinemudda69]

Uyarılarınız için gerçekten minnettarım. Bu bir kazayı önleyebilir.
Özellikle reaksiyon büyük ölçekte yapıldığında yeterli güvenlik önlemlerine dikkat etmek gerekir.

Bu sorunu azaltmak için alüminyum oksit seramik öğütme topları düşünüyorum. Seramik veya cam bir kavanozla birlikte aşınmanın reaksiyonu önemli ölçüde engellememesini bekliyorum.


Elif Sanlı ve arkadaşları (2010) NaBH4'ün oda sıcaklığında ve atmosferik basınçta elektrokimyasal sentezi için bir yöntem rapor etmişlerdir. Katalizör olarak Ag gazlı bez elektrotun kullanılması ilginçtir ve yaygın endüstriyel yöntemlerle karşılaştırıldığında hala nispeten basit bir işlemdir. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.11.091

Siz NaBH4'ü nasıl elde ediyorsunuz, kendiniz sentezlemiyor musunuz?
Daha uygun bir sentez yolunu kaçırıyorsam lütfen bana bildirin.

Saygılarımla

 

[T0lek511]

Oh bu iyi bir sentez çünkü benim ülkemde NaBH4 çok pahalı