Хлорид алюминия: свойства и структура

Введение

Химическое соединение

| NFPA H = 3
| NFPA F = 0
| NFPA R = 2
| NFPA S =
| LD50 = 380 мг/кг, крыса (перорально, безводный) 3311 мг/кг, крыса (перорально, гексагидрат)
| IDLH = Нет данных
| PEL = Отсутствует. Это соединение часто упоминается как кислота Льюиса. Это пример неорганического соединения, которое обратимо переходит из полимерной формы в мономерную при умеренных температурах.

Безводный

AlCl3 существует в трех структурах, в зависимости от температуры и агрегатного состояния (твердое, жидкое, газообразное). В твердом состоянии AlCl3 имеет слоистую структуру с кубически плотно упакованными ионами хлора. В этой структуре атомы алюминия демонстрируют октаэдрическую координационную геометрию. Хлорид иттрия(III) имеет ту же структуру, как и ряд других соединений. В расплавленном состоянии трихлорид алюминия существует в виде димера Al2Cl6, с тетракоординацией алюминия. Это изменение структуры связано с меньшей плотностью жидкой фазы (1,78 г/см3) по сравнению с твердым трихлоридом алюминия (2,48 г/см3). Димеры Al2Cl6 также присутствуют в газовой фазе. При более высоких температурах димеры Al2Cl6 диссоциируют на тригонально-плоские мономеры AlCl3, структурно аналогичные BF3. Расплав плохо проводит электричество, в отличие от более ионных галогенидов, таких как хлорид натрия. Мономер хлорида алюминия принадлежит к точечной группе D3h в мономерной форме и к точечной группе D2h в димерной форме.

Гексагидрат

Гексагидрат состоит из октаэдрических катионных центров [Al(H2O)6]3+ и хлорид-анионов (Cl-) в качестве противоионов. Водородные связи соединяют катионы и анионы. Гидратированная форма хлорида алюминия имеет октаэдрическую молекулярную геометрию, при этом центральный ион алюминия окружен шестью молекулами воды в качестве лигандов. Вследствие координационной насыщенности, гидрат малоэффективен в качестве катализатора в алкилировании по Фриделю-Крафтсу и родственных реакциях.

Алкилирование и ацилирование арен

AlCl3 является распространенным катализатором кислоты Льюиса для реакций Фриделя-Крафтса, как для ацилирования, так и для алкилирования. Подробные методики алкилирования и ацилирования аренов доступны. Общая проблема реакций Фриделя-Крафтса заключается в том, что катализатор – хлорид алюминия – иногда требуется в полных стехиометрических количествах, поскольку он сильно комплексуется с продуктами реакции. Это осложнение иногда приводит к образованию большого количества коррозионных отходов. По этим и другим причинам использование хлорида алюминия часто заменяют на цеолиты.

Другие применения в органическом и органометаллическом синтезе

Хлорид алюминия находит широкое применение в различных областях органической химии. Например, он может катализировать реакцию эна, такую как присоединение 3-бутен-2-она (метилвинилкетона) к карвону.

Он используется для инициирования различных реакций сочетания и перегруппировки углеводородов. Хлорид алюминия в сочетании с алюминием в присутствии арена может быть использован для синтеза бис(арено)металлических комплексов, например, бис(бензола)хрома, из некоторых галогенидов металлов посредством синтеза Фишера — Хафнера. Дихлорофенилфосфин получают в результате реакции бензола и трихлорида фосфора, катализируемой хлоридом алюминия.

Медицинская

Местный хлорид алюминия гексагидрат применяется для лечения гипергидроза (повышенной потливости).

Реакции

Безводный хлорид алюминия является мощной кислотой Льюиса, способной образовывать аддукты кислотно-основных комплексов Льюиса даже со слабыми основаниями Льюиса, такими как бензофенон и меситилен. В присутствии ионов хлора он образует тетрахлороалюминат ([AlCl4]−). Хлорид алюминия реагирует с гидридами кальция и магния в тетрагидрофуране, образуя тетрагидроалюминаты.

Синтез

Хлорид алюминия производится в больших масштабах в результате экзотермической реакции металлического алюминия с хлором или хлороводородом при температурах между A и B. Более сложный, основной и гидратированный минерал хлорида алюминия – кадваладерит.