Фтороборна кислота

Фтороборна кислота, фтористоборна кислота або тетрафторборна кислота (архаїчно фтоборна кислота) — неорганічна сполука зі спрощеною хімічною формулою H⁺[BF₄]⁻. На відміну від інших сильних кислот, як сульфатна кислота (H₂SO₄) або перхлоратна кислота (HClO₄), у чистому виді (та що не містить розчинників) фтороборна кислота (точніше, чистий гідроген тетрафторборат) не існує. Термін «фтороборна кислота» відноситься до ряду хімічних сполук залежно від розчинника. H⁺ у спрощеній формулі фтороборної кислоти являє собою сольватований протон. Розчинником може бути будь-яка відповідна основа Льюїса. Наприклад, якщо розчинником є вода, фтороборна кислота може бути представлена формулою [H₃O]⁺[BF₄]⁻ (тетрафторборат оксонію), хоча реалістичніше, кілька молекул води сольватують протон: [H(H₂O)_n]⁺[BF₄]⁻. Сольват діетилового ефіру також комерційно доступний, де фтороборна кислота може бути представлена формулою [H((CH₃CH₂)₂O)_n]⁺[BF₄]⁻, де n, швидше за все, дорівнює 2.

Фтороборна кислота
Канонічна скелетна формула оксонію тетрафторборату
Інші назви	Фтороборна кислота, Фтористоборна кислота, Флюороборна кислота, Тетрафтороборат водню, Тетрафторборануїд оксонію, Тетрафлюорборат оксонію(1-), Оксоній тетрафторборат
Ідентифікатори
Номер CAS	16872-11-0
PubChem	28118
Номер EINECS	240-898-3
Назва MeSH	Fluoroboric+acid
ChEBI	38902
RTECS	ED2685000
SMILES	F[B-](F)(F)[FH+]
InChI	InChI=1S/BF4/c2-1(3,4)5/q-1/p+1
Номер Гмеліна	21702
Властивості
Молекулярна формула	HBF4
Молярна маса	87,81 г/моль
Зовнішній вигляд	Безбарвна рідина
Тпл	-90
Кислотність (pKa)	~1.8 (розчин ацетонітрилу)[1]
Небезпеки
ГГС піктограми
ГГС формулювання небезпек	314
ГГС запобіжних заходів	260, 264, 280, 301+330+331, 303+361+353, 304+340, 305+351+338, 310, 321, 363, 405, 501
NFPA 704	0 3 0
Пов'язані речовини
Пов'язані речовини	Фтороводень, Трифлієва кислота, Гексафторфосфорна кислота
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Вона в основному виробляється як прекурсор інших фторборатних солей.^[2] Це сильна кислота. Фтороборна кислота є корозійною та роз'їдає шкіру. Вона комерційно доступна у вигляді розчину у воді та інших розчинниках, таких як діетиловий ефір. Це сильна кислота зі слабко координуючою, неокислюваною сполученою основою. Вона структурно подібна до перхлоратної кислоти, але не має шкідливих факторів, пов'язаних з окислювачами.

Структура і виробництво

Чиста фторборна кислота описана як «неіснуюча сполука», оскільки очікується, що так званий "голий протон" буде відривати фтор від іону тетрафторборату з утворенням фтороводню та трифториду бору:

 H⁺[BF₄]⁻ → HF + BF₃

Те ж саме стосується суперкислот, які відомі за спрощеними формулами H[PF₆] і H[SbF₆].^[3][4] Однак розчин трифториду бору у фтороводні є висококислотним, має приблизний вид [H₂F]⁺[BF₄]⁻ (фтороній тетрафторборат), функція кислотності Гаммета дорівнює -16,6 при 7 моль % трифториду бору, можна його легко кваліфікувати як суперкислоту.^[5] Хоча і без розчинників фтороборна кислота не відділена, її сольвати добре охарактеризовані. Ці солі складаються з протонованого розчинника як катіона, наприклад, H₃O⁺ або H₅O+2 так і аніона, тетраедричний BF−4. Аніон і катіони міцно пов'язані водневими зв'язками.^[6]

Субодиниця кристалічної структури [H₃O]⁺[BF₄]⁻ виділяє водневий зв’язок між катіоном та аніоном

Водні розчини фтороборної кислоти отримують шляхом розчинення борної кислоти у водному розчині флуоридної кислоти.^[7] Три еквіваленти фтороводню реагують з утворенням проміжного трифториду бору, а четвертий дає фторборну кислоту:

 B(OH)₃ + 4HF → H₃O⁺ + BF−4 + 2H₂O

Безводні розчини можна одержати обробкою водного розчину фтороборної кислоти оцтовим ангідридом.^[8]

Кислотність

Кислотність фтороборної кислоти ускладнюється тим фактом, що її назва відноситься до ряду різних сполук, напр. [H(CH₃CH₂)₂O]⁺[BF₄]⁻ (диметилоксоній тетрафторборат), [H₃O]⁺[BF₄]⁻ (тетрафторборат оксонію) або HF·BF₃ (аддукт фтороводню–трифтористого бору 1:1) і кожна з різною кислотністю. pK_a у водному розчині вказано як –0,44.^[2] Титрування [N((CH₂)₃CH₃)₄]⁺[BF₄]⁻ (тетрафторборат тетрабутиламонію) в розчині ацетонітрилу вказує на те, що фтороборна кислота, в даному випадку аддукт фтороводню-трифториду бору має pK_a 1,6 у цьому розчиннику. Її кислотність, таким чином, порівнянна з кислотністю фторсульфонової кислоти.

Додатки

Фтороборна кислота є основним прекурсором фторборатних солей, які зазвичай отримують шляхом обробки оксидів металів фторборною кислотою. Неорганічні солі є проміжними продуктами у виробництві вогнезахисних матеріалів і фритт для глазурування, а також у електролітичному утворенні бору. Фтороборна кислота також використовується для гравірування алюмінію та кислотного травлення.

Органічна хімія

Фтороборна кислота (H[BF₄]) використовується як каталізатор алкілування і полімеризації. У реакціях захисту вуглеводів ефірна фторборна кислота є ефективним і економічно вигідним каталізатором реакцій трансацеталізації та ізопропіліденування. Розчини ацетонітрилу розщеплюють ацеталі та деякі прості ефіри. Багато реакційноздатних катіонів було отримано з використанням фтороборної кислоти, напр. тетрафторборат тропілію (C₇H₇⁺[BF₄]⁻), тетрафторборат трифенілкарбенію (Ph₃C]⁺[BF₄]⁻), тетрафторборат триетилоксонію (Et₃O]⁺[BF₄]⁻) і тетрафторборат бензолдіазонію ([PhN₂]⁺[BF₄]⁻).

Гальваніка

Розчин фтороборної кислоти використовуються в гальваніці олова та олов’яних сплавів. У цьому застосуванні метансульфонова кислота витісняє використання фтороборної кислоти.^[9] Фтороборна кислота також використовується для високошвидкісного гальванічного покриття міді у фторборатних ваннах.^[10]

Безпека

Фтороборна кислота токсична та роз'їдає шкіру та очі. Вона роз'їдає скло.^[2] Вона гідролізується, вивільняючи корозійний, летючий фтороводень.^[9]

Інші фтороборні кислоти

Відомий ряд фтороборних кислот у водних розчинах. Ряд можна представити так:

•  H⁺[B(OH)₄]⁻ (Гідроген тетрагідроксиборат) (Не є фтороборною кислотою);
•  H⁺[BF(OH)₃]⁻ (Гідроген фтор(тригідрокси)борат);
•  H⁺[BF₂(OH)₂]⁻ (Гідроген дифтор(дигідрокси)борат);
•  H⁺[BF₃(OH)]⁻ (Гідроген трифтор(гідрокси)борат);
•  H⁺[BF₄]⁻ (Гідроген тетрафторборат)

Дивись також

• Фторсульфатна кислота
• Фторантимонова кислота

Список літератури

1. Kütt, A., et al., "Equilibrium Acidities of Superacids", J. Org. Chem. 2010, volume 76, pp. 391-395. DOI:10.1021/jo101409p
2. Gregory K. Friestad, Bruce P. Branchaud "Tetrafluoroboric Acid" E-Eros Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. DOI:10.1002/047084289X.rt035
3. Juhasz, Mark; Hoffmann, Stephan; Stoyanov, Evgenii; Kim, Kee-Chan; Reed, Christopher A. (11 жовтня 2004). The Strongest Isolable Acid. Angewandte Chemie International Edition (англ.). 43 (40): 5352—5355. doi:10.1002/anie.200460005. ISSN 1433-7851. PMID 15468064.
4. Reed, Christopher A. (2005). Carborane acids. New "strong yet gentle" acids for organic and inorganic chemistry (PDF). Chem. Commun. (англ.) (13): 1669—1677. doi:10.1039/B415425H. ISSN 1359-7345. PMID 15791295.
5. Olah, George A.; Surya Prakash, G. K.; Sommer, Jean; Molnar, Arpad (3 лютого 2009). Superacid chemistry (вид. 2nd). Hoboken, N.J. ISBN 9780471596684. OCLC 191809598.
6. Mootz, D.; Steffen, M. "Crystal structures of acid hydrates and oxonium salts. XX. Oxonium tetrafluoroborates H₃OBF₄, [H₅O₂]BF₄, and [H(CH₃OH)₂]BF₄", Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie 1981, vol.
7. Flood, D. T. (1933), Fluorobenzene (PDF), Org. Synth., 13: 46; Coll. Vol., 2: 295 {{citation}}: Пропущений або порожній |title= (довідка)
8. Wudl, F.; Kaplan, M. L., "2,2′-Bi-L,3-Dithiolylidene (Tetrathiafulvalene, TTF) and its Radical Cation Salts" Inorg.
9. Balaji, R.; Pushpavanam, Malathy (2003). Methanesulphonic acid in electroplating related metal finishing industries. Transactions of the Imf. 81 (5): 154—158. doi:10.1080/00202967.2003.11871526.
10. Barauskas, Romualdas "Ron" (1 січня 2000). Copper plating. Metal Finishing (англ.). 98 (1): 234—247. doi:10.1016/S0026-0576(00)80330-X. ISSN 0026-0576. Процитовано 21 липня 2022.

Подальше читання

• Albert, R.; Dax, K.; Pleschko, R.; Stütz, A. E. (1985). Tetrafluoroboric acid, an efficient catalyst in carbohydrate protection and deprotection reactions. Carbohydrate Research. 137: 282—290. doi:10.1016/0008-6215(85)85171-5.
• Bandgar, B. P.; Patil, A. V.; Chavan, O. S. (2006). Silica supported fluoroboric acid as a novel, efficient and reusable catalyst for the synthesis of 1,5-benzodiazepines under solvent-free conditions. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 256 (1–2): 99—105. doi:10.1016/j.molcata.2006.04.024.
• Heintz, R. A.; Smith, J. A.; Szalay, P. S.; Weisgerber, A.; Dunbar, K. R. (2002). Homoleptic Transition Metal Acetonitrile Cations with Tetrafluoroborate or Trifluoromethanesulfonate Anions. Inorganic Syntheses. Т. 33. с. 75—83. doi:10.1002/0471224502. ISBN 9780471208259. 
• Meller, A. (1988). Boron. Gmelin Handbook of Inorganic Chemistry. Т. 3. New York: Springer-Verlag. с. 301—310.
• Perry, D. L.; Phillips, S. L. (1995). Handbook of Inorganic Compounds (вид. 1st). Boca Raton: CRC Press. с. 1203. ISBN 9780849386718.
• Wamser, C. A. (1948). Hydrolysis of Fluoboric Acid in Aqueous Solution. Journal of the American Chemical Society. 70 (3): 1209—1215. doi:10.1021/ja01183a101.
• Wilke-Dörfurt, E.; Balz, G. (1927). Zur Kenntnis der Borfluorwasserstoffsäure und ihrer Salze. Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie. 159 (1): 197—225. doi:10.1002/zaac.19271590118.

Зовнішні посилання

• Fluoroboric Acid ICSC: 1040. INCHEM.

#invoke: Navbox