Decaborano

Decaborano, também chamado decaborano(14), é o borano de fórmula química B₁₀H₁₄. Este composto cristalino branco é um dos principais clusteres de hidreto de boro, como estrutura de referência e como precorsor para outros hidretos de boro.

Decaborano
A estrutura tridimensional do decaborano
Nomes
Outros nomes	decaborano tetradecahidreto de decaboro
Decaborano Identificadores Número CAS 17702-41-9 Número EINECS 241-711-8 ChemSpider 21241886 SMILES   [H]1[BH]234[BH]156[BH]278[BH]39([H]4)[BH]712[BH] 853[BH]645[BH]311[BH]922[BH]14([H]5)[H]2 InChI   InChI=1/B10H14/c11-5-1-2-3(1,5)7(2,9(3,5,11)13-7) 8(2)4(1,2)6(1,5)10(4,8,12-6)14-8/h1-10H Key:XAMMYYSPUSIWAS-UHFFFAOYAD
Decaborano Propriedades Massa molar 122.22 g/mol Aparência Cristais brancos, semelhante ao naftaleno Odor Semelhante a borracha, intensamente amargo, reminiscente de chocolate Ponto de fusão 99.6 °C Ponto de ebulição 213 °C Solubilidade em outros solventes levemente em água fria. Hidrolisa em água quente.
Decaborano Riscos associados Temperatura de auto-ignição 149 °C
Página de dados suplementares
Estrutura e propriedades	n, εr, etc.
Dados termodinâmicos	Phase behaviour Solid, liquid, gas
Dados espectrais	UV, IV, RMN, EM
Exceto onde denotado, os dados referem-se a materiais sob condições normais de temperatura e pressão. Referências e avisos gerais sobre esta caixa. Alerta sobre risco à saúde.

Manuseio e propriedades

O decaborano 14 possui um forte odor característico, algumas vezes descrito como semelhante ao mofo, à borracha ou intensamente amargo, parecido com chocolate que é exclusivo para boranos. As características físicas do decaborano-14 se assemelham às dos compostos orgânicos, tais como naftaleno e antraceno, na medida em que pode ser sublimado sob vácuo a temperaturas moderadas. A sublimação é o método comum de purificação. Como os compostos orgânicos, decaborano é altamente inflamável, mas, como outros hidretos de boro, ele queima com uma chama verde brilhante. Não é sensível ao ar úmido, embora sofra hidrólise em água fervente, liberando hidrogênio e dando uma solução de ácido bórico. É solúvel em água fria, bem como uma variedade de solventes não-polares e moderadamente polares.^[1]

Estrutura

Estrutura do decaborano-14, destacando as ligações 3c-2e em vermelho. As ligações covalentes convencionais são mostradas em preto.

Estrutura planificada de uma das formas canônicas do híbrido de ressonância da estrutura do decaborano. As ligações 3c-2e são representadas pela notação de meia-seta de Parkin.

O esqueleto da estrutura do decaborano se assemelha a um octadecaedro incompleto, ou a um icosaedro com dois vértices vizinhos faltantes. Cada vértice da gaiola é composto por um grupo B–H radial, e quatro átomos de boro, próximos à parte aberta do cluster, possuem hidrogênios extra ligados. As ligações entre os boros e os hidrogênios ligados radialmente são ligações covalentes simples normais (embora o hidrogênio fique com uma carga parcial negativa, por ser mais eletronegativo do que o boro), enquanto as ligações entre os átomos de boro dentro da gaiola são consideradas como um híbrido de ressonância entre ligações covalentes normais e ligações do tipo ligação covalente tricentrada com dois elétrons (3c-2e).^[2] Há um total de duas ligações covalentes normais B–B, seis ligações tricentradas B---B---B, quatro ligações tricentradas B---H---B e dez ligações normais B–H. Os quatro hidrogênios extra da parte aberta da gaiola são ligados aos boros por ligações 3c-2e. Na linguagem da química cluster, a estrutura é classificada como "nido".^[3]

Sínteses e reações

é comumente sintetizado através da pirólise de clusters menores de hidreto de boro. Por exemplo, o aquecimento do diborano ou do pentaborano B₅H₉ dá decaborano, com perda de H₂^[4]. Em escala laboratorial, o borohidreto de sódio é tratado com trifluoreto de boro para produzir NaB
11H
14 , que é acidificado para liberar decaborano e gás hidrogênio.^[5]

O decaborano reage com bases de Lewis (L), tais como CH₃CN e (CH₃)₂S, para formar derivados com a fórmula B₁₀H₁₂·2L.^[6][7]

B₁₀H₁₄· + 2L → B₁₀H₁₂L₂· H₂

Essas espécies, que são classificados como clusters do tipo "aracno", por sua vez, reagem com o acetileno para dar um "closo" orto-carborano:^[8]

B₁₀H₁₂L₂ + C₂H₂ → C₂B₁₀H₁₂ + 2L + H₂

Ele é um ácido de Brønsted fraco. A eliminação de um próton gera o ânion [B₁₀H₁₃]^-, com uma nova estrutura do tipo nido.

Aplicações

O decaborano não tem aplicações importantes, embora tenha sido frequentemente investigadas. Uma vez que a molécula se decompõe em um plasma, produzindo íons de boro monoatómico, o decaborano é potencialmente útil como um combustível para fusão aneutrônica, e para a implantação de íons de boro de baixa energia na fabricação de semicondutores.^[9] Também foi considerado para a deposição assistida de plasma de vapor químico para a fabricação de filmes finos contendo boro. No estudo sobre a fusão, a habilidade do boro de absorver nêutrons tem levado ao uso desses filmes finos de boro para "boronizar" as paredes da câmara de vácuo do tokamak para reduzir a reciclagem de partículas e impurezas no plasma e melhorar o desempenho global.^[10]

O decaborano é um reagente eficaz para a aminação redutiva de cetonas e aldeídos.^[11]

Decaborano também foi estudado como um aditivo para combustíveis especiais de alto desempenho de foguetes.^[12][13] Seus derivados foram investigados, como por exemplo o dietil-decaborano. Um combustível de composição patenteada inclui o copolímero de decaborano com poliéster vinílico. Vinil-decaborano ("dekene") é preparado reagindo-se o decaborano com o acetileno^[14].

Segurança

O decaborano, assim como o pentaborano, é uma toxina poderosa que afeta o sistema nervoso central, embora o decaborano seja menos tóxico que o pentaborano. Ele pode ser absorvido pela pele.

A purificação por sublimação requer um vácuo dinâmico para remover os gases desenvolvidos. Amostras brutas explodem perto de 100°C.

Ele pode formar uma mistura explosiva com o tetracloreto de carbono, o que causou uma explosão, muitas vezes citada em uma fábrica de Malta, NY em 1948, quando CCl₄ foi usado para limpar o equipamento.^[15]

Na forma cristalina, reage violentamente com ácido nítrico fumegante vermelho e branco, que tem uso como oxidante de combustível de foguete, produzindo uma detonação extremamente poderosa.^[16]

Ver também

• Ortocarborano
• Dodecaborato
• Octadecaborano

Referências

1. Verevkin, A.; Pearlman, A.; Slstrokysz, W.; Zhang, J.; Currie, M.; Korneev, A.; Chulkova, G.; Okunev, O.; Kouminov, P.; Smirnov, K.; Voronov, B.; N. Gol'tsman, G.; Sobolewski, Roman (2004). "Ultrafast superconducting single-photon detectors for near-infrared-wavelength quantum communications". Journal of Modern Optics 51 (12): 1447–1458. doi:10.1080/09500340410001670866.
2. LCWU Online Course Directory https://ocd.lcwu.edu.pk › cfilesPDF Decaborane (B10H14)
3. http://www.chemohollic.com/2016/10/boranes-assigning-closo-nido-arachno.html?m=1
4. Verevkin, A.; Pearlman, A.; Slstrokysz, W.; Zhang, J.; Currie, M.; Korneev, A.; Chulkova, G.; Okunev, O.; Kouminov, P.; Smirnov, K.; Voronov, B.; N. Gol'tsman, G.; Sobolewski, Roman (2004). "Ultrafast superconducting single-photon detectors for near-infrared-wavelength quantum communications". Journal of Modern Optics 51 (12): 1447–1458. doi:10.1080/09500340410001670866.
5. Gary B. Dunks, Kathy Palmer-Ordonez, Eddie Hedaya "Decaborane(14)" Inorg. Synth. 1983, vol. 22, pp. 202–207. doi:10.1002/9780470132531.ch46
6. Charles R. Kutal; David A. Owen; Lee J. Todd (1968). «closo -1,2-Dicarbadodecaborane(12): [ 1,2-Dicarbaclovododecaborane(12 )]». Inorganic Syntheses. 11. [S.l.: s.n.] pp. 19–24. ISBN 978-0-470-13170-1. doi:10.1002/9780470132425.ch5
7. M. Frederick Hawthorne; Timothy D. Andrews; Philip M. Garrett; Fred P. Olsen; Marten Reintjes; Fred N. Tebbe; Les F. Warren; Patrick A. Wegner; Donald C. Young (1967). «Icosahedral Carboranes and Intermediates Leading to the Preparation of Carbametallic Boron Hydride Derivatives». Inorganic Syntheses. 10. [S.l.: s.n.] pp. 91–118. ISBN 978-0-470-13241-8. doi:10.1002/9780470132418.ch17
8. RSC Publishing https://pubs.rsc.org › articlelanding The synthesis and topochemical polymerization of o-carborane-based ...
9. UNL Digital Commons https://digitalcommons.unl.edu › ...PDF Deposition of Boron-Containing Films From Decaborane - UNL Digital Commons
10. Nakano, T.; Higashijima, S.; Kubo, H.; Yagyu, J.; Arai, T.; Asakura, N.; Itami, K. «Boronization effects using deuterated-decaborane (B₁₀D₁₄) in JT-60U». 15th PSI Gifu, P1-05. Sokendai, Japan: National Institute for Fusion Science. Cópia arquivada em 30 de maio de 2004
11. Jong Woo Bae; Seung Hwan Lee; Young Jin Cho; Cheol Min Yoon (2000). «A reductive amination of carbonyls with amines using decaborane in methanol». J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 (2): 145–146. doi:10.1039/A909506C
12. National Institutes of Health (NIH) (.gov) https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov › ... Decaborane: From Alfred Stock and Rocket Fuel Projects to Nowadays
13. ScienceDirect.com https://www.sciencedirect.com › pii Fuel cell power source based on decaborane with high energy density and low crossover
14. National Institutes of Health (NIH) (.gov) https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov › ... Solid propellant and process using vinyl decaborane compounds
15. «Condensed version of the 79th Faculty Research Lecture Presented by Professor M. Frederick Hawthorne». UCLA
16. «The Most DESTRUCTIVE Chemical Reaction from two NON-explosive components». YouTube. 21 December 2023. YouTube video name: 'The Most DESTRUCTIVE Chemical Reaction from two NON-explosive components' Verifique data em: |data= (ajuda)