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五氯化鉭

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五氯化鉭
IUPAC名
Tantalum(V) chloride
Tantalum pentachloride
識別
PubChem 24394
SMILES
InChI
EINECS 231-755-6
性質
化學式 TaCl5
摩爾質量 358.213 g/mol g·mol⁻¹
外觀 白色單斜晶體[1]
密度 3.68 g/cm3
熔點 216 °C(489 K)
沸點 239.4 °C(513 K)
溶解性 反應
溶解性 氯仿CCl4
磁化率 +140.0×10−6 cm3/mol
結構
晶體結構 單斜, mS72
空間群 C2/m, No. 12
熱力學
ΔfHmo298K -858.98 kJ/mol
So298K 221.75 J K−1 mol−1
危險性
閃點 不可燃
致死量或濃度:
LD50中位劑量
1900 mg/kg (大鼠,口服)
相關物質
其他陰離子 五氟化鉭
五溴化鉭
五碘化鉭
其他陽離子 四氯化釩
五氯化鈮
相關化學品 三氯化鉭, 四氯化鉭
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

五氯化鉭是一種無機化合物,化學式 TaCl5。它是一種白色粉末,是研究化合物的開端。它會水解三氯氧化鉭(TaOCl3)甚至是五氧化二鉭(Ta2O5);這就要求使用空氣隔絕技術無水條件下進行合成和操作。

結構

TaCl5 是一種單斜晶體,空間群 C2/m[2]十個氯原子處在兩個八面體頂點的位置。兩個鉭原子在八面體的中間,由兩個橋接配體氯連接而成。二聚體結構保留在非絡合溶劑中,並在很大程度上保持熔融狀態。但是,氣態的 TaCl5單體。這個單體的形狀是三角雙錐,就和PCl5一樣。[3]

物理性質

五氯化鉭在芳香烴的溶解度是按照以下趨勢升高的:

< 甲苯 < 間二甲苯 < 均三甲苯

這反映在於溶液的顏色從淺黃色到橙色的加深。相較於芳香烴,五氯化鉭的溶解度在環己烷四氯化碳中較少。還已知五氯化鉭的這種溶液是不良的電導體,表明幾乎沒有電離。通過升華純化TaCl5,可得到白色針狀固體。

製備

五氯化鉭可以由氯氣在 170 至 250 °C之間直接化合而成。這個反應也可以用HCl,不過要在400 °C下反應。[4]

2 Ta + 5 Cl2 → 2 TaCl5
2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl5 + 5 H2

在240 °C,五氧化二鉭氯化亞碸反應也可以得到五氯化鉭。

Ta2O5 + 5 SOCl2 → 2 TaCl5 + 5 SO2

五氯化鉭是可以購買的,不過樣本里會有少量的氯氧化鉭 (TaOCl3)。這是五氯化鉭水解而成的。

反應

TaCl5親電體,類似AlCl3。它會和路易斯鹼反應,形成加合物[5]

加合物

TaCl5 可以和形成穩定的加合物:

TaCl5 + R2O → TaCl5(OR2) (R = Me, Et)

TaCl5 也可以和五氯化磷氯氧化磷反應。後者是一個加合物,連接氧原子:

TaCl5 + PCl5 → [PCl+
4
][TaCl6-]
TaCl5 + OPCl3 → [TaCl5(OPCl3)]

五氯化鉭會和叔胺反應,生成加合物晶體。

TaCl5 + 2 R3N → [TaCl5(NR3)]

取代反應

五氯化鉭會和三苯基氧化膦反應,生成氯氧化物:

TaCl5 + 3 OPPh3 → [TaOCl3(OPPh3)]x ...

TaCl5 和有氫氧基的化合物如:苯酚羧酸反應,形成氯化氫和有 Ta–O 鍵的化合物:

TaCl5 + 3 HOEt → TaCl2(OEt)3 + 3 HCl

來吸收HCl,五個氯原子都會被替換,形成 Ta(OEt)5。同樣的, TaCl5 會和甲醇鋰甲醇中反應,形成甲氧基化合物:

TaCl5 + 4 LiOMe → Ta(OMe)4Cl + 4 LiCl

和胺,醇的反應

會取代 TaCl5 的大部分氯原子,形成簇合物。用伯胺仲胺取代氯原子的速率較慢,不過用二烷基胺基鋰反應可以取代五個氯原子,例如製備五(二甲基胺基)鉭英語Pentakis(dimethylamido)tantalum的反應:

TaCl5 + 5 LiNMe2 → Ta(NMe2)5

五氯化物與醇反應,生成醇鹽。如製備五乙醇鉭英語tantalum(V) ethoxide所示,此類反應通常在鹼的存在下進行:

10 EtOH + Ta2Cl10 + 10 NH3 → Ta2(OEt)10 + 10 NH4Cl

五氯化鉭會被氮雜環如:吡啶還原。

還原

還原五氯化鉭會形成中性或陰離子的簇合物,如: [Ta6Cl18]4− 和 [Ta6Cl14](H2O)4[6]

Ta6Cl182− 陰離子的結構[7]
Ta6Cl182− 陰離子的結構[7]

參考資料

  1. ^ Lide, David R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th, Boca Raton, FL: CRC Press, 2006, ISBN 0-8493-0487-3 
  2. ^ Rabe, Susanne; Müller, Ulrich. Crystal structure of tantalum pentachloride, (TaCl5)2. Z. Kristallogr. - New Cryst. Struct. 2000, 215 (1): 1–2. doi:10.1515/ncrs-2000-0102.  已忽略未知參數|doi-access= (幫助)
  3. ^ F. Fairbrother. The Chemistry of Niobium and Tantalum. Elsevier. 1967.  已忽略未知參數|url-access= (幫助)
  4. ^ Young, Ralph C.; Brubaker, Carl H. Reaction of Tantalum with Hydrogen Chloride, Hydrogen Bromide and Tantalum Pentachloride; Action of Hydrogen on Tantalum Pentachloride. Journal of the American Chemical Society. 1952, 74 (19): 4967. doi:10.1021/ja01139a524. 
  5. ^ F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry (4th ed.), Wiley, New York, 1980.
  6. ^ Duraisamy, Thirumalai; Hay, Daniel N. T.; Messerle, Louis. Octahedral Hexatantalum Halide Clusters. Inorganic Syntheses. 2014, 36: 1–8. doi:10.1002/9781118744994.ch1. 
  7. ^ Thaxton, C. B.; Jacobson, R. A. The Crystal Structure of H2(Ta6Cl18)(H2O)6. Inorganic Chemistry. 1971, 10: 1460–1463. doi:10.1021/ic50101a029. 

擴展閱讀

  • Ozin, G. A.; Walton, R. A. Vibrational spectra and structures of the 1:1 complexes of niobium and tantalum, pentachlorides and tantalum pentabromide with aceto-, perdeuterioaceto-, and propionitriles in the solid and solution states and a vibrational analysis of the species MX5, NC·CY3 (Y = H or D). J. Chem. Soc. A. 1970: 2236–2239. doi:10.1039/j19700002236. 
  • Bullock, J. I.; Parrett, F. W.; Taylor, N. J. Some metal halide–phosphorus halide–alkyl halide complexes. Part II. Reactions with niobium and tantalum pentachlorides and tungsten hexachloride. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1973, (5): 522–524. doi:10.1039/DT9730000522. 
  • Đorđević, C.; Katović, V. Co-ordination complexes of niobium and tantalum. Part VIII. Complexes of niobium(IV), niobium(V), and tantalum(V) with mixed oxo, halogeno, alkoxy, and 2,2′-bipyridyl ligands. J. Chem. Soc. A. 1970: 3382–3386. doi:10.1039/j19700003382. 
  • Cowley, A.; Fairbrother, F.; Scott, N. The halides of niobium (columbium) and tantalum. Part V. Diethyl ether complexes of the pentachlorides and pentabromides; the solubility of tantalum pentaiodide in ether. J. Chem. Soc. 1958: 3133–3137. doi:10.1039/JR9580003133. 

外部連結

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五氯化鉭
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