Aluminiumchlorid - Aluminium chloride

Aluminium(III)-chlorid
Aluminiumtrichlorid-Hexahydrat, (oben) rein und (unten) verunreinigt mit Eisen(III)-chlorid
Aluminiumtrichlorid-Dimer
Elementarzelle aus Aluminiumtrichlorid
Namen
IUPAC-Name
Aluminiumchlorid
Andere Namen
Aluminium(III)-chlorid
Aluminiumtrichlorid
Identifikatoren
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA-Infokarte 100.028.371 Bearbeite dies bei Wikidata
EG-Nummer
1876
RTECS-Nummer
UNII
  • InChI=1S/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3 prüfenJa
    Schlüssel: VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K prüfenJa
  • InChI=1/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3
    Schlüssel: VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR
  • Monomer : Cl[Al](Cl)Cl
  • Dimer : Cl[Al-]1(Cl)[Cl+][Al-]([Cl+]1)(Cl)Cl
Eigenschaften
AlCl 3
Molmasse 133,341 g/mol (wasserfrei)
241,432 g/mol (Hexahydrat)
Aussehen weißer oder hellgelber Feststoff,
hygroskopisch
Dichte 2,48 g/cm 3 (wasserfrei)
2,398 g/cm 3 (Hexahydrat)
Schmelzpunkt 180 °C (356 °F; 453 K)
(wasserfrei, sublimiert)
100 °C (212 °F; 373 K)
(Hexahydrat, dez.)
439 g/l (0 °C)
449 g/l (10 °C)
458 g/l (20 °C)
466 g/l (30 °C)
473 g/l (40 °C)
481 g/l ( 60 °C)
486 g/l (80 °C)
490 g/l (100 °C)
Löslichkeit löslich in Chlorwasserstoff, Ethanol, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff
wenig löslich in Benzol
Dampfdruck 133,3 Pa (99 °C)
13,3 kPa (151 °C)
Viskosität 0,35 cP (197 °C)
0,26 cP (237 °C)
Struktur
Monoklin , mS16
C12/m1, Nr. 12
a  = 0,591 nm, b  = 0,591 nm, c  = 1,752 nm
0,52996 nm 3
6
Oktaeder (fest)
Tetraeder (flüssig)
Trigonal planar
( monomerer Dampf)
Thermochemie
91,1 J/mol·K
109,3 J/mol·K
Std
Bildungsenthalpie
f H 298 )
−704,2 kJ/mol
-628,8 kJ/mol
Pharmakologie
D10AX01 ( WER )
Gefahren
Sicherheitsdatenblatt Siehe: Datenseite
GHS-Piktogramme GHS05: ÄtzendGHS06: Giftig
GHS-Signalwort Achtung
H314
P280 , P310 , P305+351+338
NFPA 704 (Feuerdiamant)
3
0
2
Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC):
LD 50 ( mediane Dosis )
wasserfrei:
380 mg/kg, Ratte (oral)
Hexahydrat:
3311 mg/kg, Ratte (oral)
NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheitsbelastung):
PEL (zulässig)
keiner
REL (empfohlen)
2 mg / m 3
IDLH (unmittelbare Gefahr)
ND
Verwandte Verbindungen
Andere Anionen
Aluminiumfluorid
Aluminiumbromid
Aluminiumjodid
Andere Kationen
Bortrichlorid
Galliumtrichlorid
Indium(III)chlorid
Magnesiumchlorid
Verwandte Lewis-Säuren
Eisen(III)-chlorid
Bortrifluorid
Ergänzende Datenseite
Brechungsindex ( n ),
Dielektrizitätskonstanter ) usw.
Thermodynamische
Daten
Phasenverhalten
fest-flüssig-gas
UV , IR , NMR , MS
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox-Referenzen

Aluminiumchlorid (AlCl 3 ), auch bekannt als Aluminiumtrichlorid , beschreiben Verbindungen mit der Formel AlCl 3 (H 2 O) n (n = 0 oder 6). Sie bestehen aus Aluminium- und Chloratomen im Verhältnis 1:3, und eine Form enthält auch sechs Hydratwasser . Beide sind weiße Feststoffe, aber die Proben sind oft mit Eisen(III)-chlorid verunreinigt , was eine gelbe Farbe ergibt.

Das wasserfreie Material ist kommerziell wichtig. Es hat einen niedrigen Schmelz- und Siedepunkt. Es wird hauptsächlich bei der Herstellung von Aluminiummetall hergestellt und verbraucht, aber auch in anderen Bereichen der chemischen Industrie werden große Mengen verwendet. Die Verbindung wird oft als Lewis-Säure bezeichnet . Es ist ein Beispiel für eine anorganische Verbindung , die sich bei milder Temperatur reversibel von einem Polymer zu einem Monomer ändert .

Verwendet

Alkylierung und Acylierung von Arenen

AlCl 3 ist ein üblicher Lewis-Säure- Katalysator für Friedel-Crafts-Reaktionen , sowohl für Acylierungen als auch für Alkylierungen. Wichtige Produkte sind Waschmittel und Ethylbenzol . Derartige Reaktionen werden hauptsächlich für Aluminiumchlorid verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Anthrachinon (verwendet in der Farbstoffindustrie ) aus Benzol und Phosgen . In der allgemeinen Friedel-Crafts-Reaktion reagiert ein Acylchlorid oder Alkylhalogenid mit einem aromatischen System wie gezeigt:

Benzol Friedel-Crafts alkylation-diagram.svg

Die Alkylierungsreaktion wird häufiger verwendet als die Acylierungsreaktion , obwohl ihre Durchführung technisch anspruchsvoller ist. Für beide Reaktionen sollten das Aluminiumchlorid sowie andere Materialien und die Ausrüstung trocken sein, obwohl eine Spur von Feuchtigkeit für das Fortschreiten der Reaktion erforderlich ist. Detaillierte Verfahren stehen für die Alkylierung und Acylierung von Arenen zur Verfügung.

Ein allgemeines Problem bei der Friedel-Crafts-Reaktion besteht darin, dass der Aluminiumchlorid-Katalysator manchmal in vollen stöchiometrischen Mengen benötigt wird, da er stark mit den Produkten komplexiert . Diese Komplikation erzeugt manchmal eine große Menge korrosiven Abfalls. Aus diesen und ähnlichen Gründen wurde die Verwendung von Aluminiumchlorid oft durch Zeolithe verdrängt .

Aluminiumchlorid kann auch verwendet werden, um Aldehydgruppen an aromatische Ringe einzuführen , beispielsweise über die Gattermann-Koch-Reaktion, die Kohlenmonoxid , Chlorwasserstoff und einen Kupfer(I)-Chlorid -Cokatalysator verwendet .

AlCl3-Formylierung.gif

Andere Anwendungen in der organischen und metallorganischen Synthese

Aluminiumchlorid findet in der organischen Chemie eine Vielzahl weiterer Anwendungen . Es kann beispielsweise die „ En-Reaktion “ katalysieren , wie die Addition von 3-Buten-2-on (Methylvinylketon) an Carvon :

AlCl3 en rxn.gif

Es wird verwendet, um eine Vielzahl von Kohlenwasserstoff-Kupplungen und -Umlagerungen zu induzieren.

Aluminiumchlorid kombiniert mit Aluminium in Gegenwart eines Arens kann verwendet werden, um Bis(aren)-Metallkomplexe, zB Bis(benzol)chrom , aus bestimmten Metallhalogeniden über die sogenannte Fischer- Hafner-Synthese zu synthetisieren. Dichlorphenylphosphin wird durch eine durch Aluminiumchlorid katalysierte Reaktion von Benzol und Phosphortrichlorid hergestellt.

Struktur

Wasserfrei

AlCl 3 nimmt je nach Temperatur und Zustand (fest, flüssig, gasförmig) drei Strukturen an . Festes AlCl 3 ist eine schichtförmig geschichtete kubisch dicht gepackte Schicht. In diesem Gerüst weisen die Al-Zentren eine oktaedrische Koordinationsgeometrie auf . Yttrium(III)-chlorid hat die gleiche Struktur wie eine Reihe anderer Verbindungen. Im geschmolzenen Zustand liegt Aluminiumtrichlorid als Dimer Al 2 Cl 6 mit vierfach koordiniertem Aluminium vor. Diese Strukturänderung hängt mit der geringeren Dichte der flüssigen Phase (1,78 g/cm 3 ) gegenüber festem Aluminiumtrichlorid (2,48 g/cm 3 ) zusammen. Auch in der Dampfphase finden sich Al 2 Cl 6 -Dimere . Bei höheren Temperaturen, die Al 2 Cl 6 - Dimere dissoziieren in trigonal planar AlCl 3 , die strukturell analog ist BF 3 . Die Schmelze leitet Elektrizität schlecht, im Gegensatz zu mehr- ionischen Halogeniden wie Natriumchlorid .

Aluminium-trichlorid-3D-structures.png

Aluminiumchloridmonomer gehört zur Punktgruppe D 3h in seiner monomeren Form und D 2h in seiner dimeren Form.

Hexahydrat

Das Hexahydrat besteht aus oktaedrischen [Al(H 2 O) 6 ] 3+ -Zentren und Chlorid- Gegenionen . Wasserstoffbrücken verbinden das Kation und die Anionen. Die hydratisierte Form von Aluminiumchlorid hat eine oktaedrische Molekülgeometrie, wobei das zentrale Aluminiumion von sechs Wasserligandenmolekülen umgeben ist. Da das Hydrat koordinativ gesättigt ist, ist es als Katalysator in der Friedel-Crafts-Alkylierung und verwandten Reaktionen von geringem Wert .

Reaktionen

Wasserfreies Aluminiumchlorid ist eine starke Lewis-Säure , die selbst mit schwachen Lewis-Basen wie Benzophenon und Mesitylen Lewis-Säure-Base- Addukte bilden kann . Es bildet Tetrachloraluminat (AlCl 4 ) in Gegenwart von Chloridionen .

Aluminiumchlorid reagiert mit Calcium- und Magnesiumhydriden in Tetrahydrofuran unter Bildung von Tetrahydroaluminaten.

Reaktionen mit Wasser

Wasserfreies Aluminiumchlorid ist hygroskopisch und hat eine sehr ausgeprägte Affinität zu Wasser. Es raucht in feuchter Luft und zischt, wenn es mit flüssigem Wasser vermischt wird, da die Cl -Liganden durch H 2 O-Moleküle zum Hexahydrat [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 verdrängt werden . Die wasserfreie Phase kann beim Erhitzen des Hexahydrats nicht zurückgewonnen werden. Stattdessen geht HCl verloren und hinterlässt Aluminiumhydroxid oder Aluminiumoxid (Aluminiumoxid):

Al(H 2 O) 6 Cl 3 → Al(OH) 3 + 3 HCl + 3 H 2 O

Wie Metall-Aquo-Komplexe ist wässriges AlCl 3 aufgrund der Ionisierung der Aquo-Liganden sauer :

[Al(H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H +

Wässrige Lösungen verhalten sich ähnlich wie andere Aluminiumsalze , die hydratisierte Al 3+ -Ionen enthalten , und ergeben bei Reaktion mit verdünntem Natriumhydroxid einen gallertartigen Niederschlag von Aluminiumhydroxid :

AlCl 3 + 3 NaOH → [Al(OH) 3 ] + 3 NaCl

Synthese

Aluminiumchlorid wird in großem Maßstab durch die exotherme Reaktion von Aluminiummetall mit Chlor oder Chlorwasserstoff bei Temperaturen zwischen 650 bis 750 °C (1.202 bis 1.382 °F) hergestellt.

2 Al + 3 Cl 2 → 2 AlCl 3
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

Aluminiumchlorid kann über eine einzige Verdrängungsreaktion zwischen Kupferchlorid und Aluminiummetall gebildet werden.

2 Al + 3 CuCl 2 → 2 AlCl 3 + 3 Cu

In den USA wurden 1993 rund 21.000 Tonnen produziert, die bei der Aluminiumproduktion verbrauchten Mengen nicht mitgerechnet.

Hydratisiertes Aluminiumtrichlorid wird durch Auflösen von Aluminiumoxiden in Salzsäure hergestellt . Metallisches Aluminium löst sich auch leicht in Salzsäure ─ unter Freisetzung von Wasserstoffgas und einer beträchtlichen Hitzeentwicklung. Erhitzen dieses Feststoffs erzeugt kein wasserfreies Aluminiumtrichlorid, das Hexahydrat zersetzt sich beim Erhitzen zu Aluminiumhydroxid :

Al(H 2 O) 6 Cl 3 → Al(OH) 3 + 3 HCl + 3 H 2 O

Aluminium bildet auch ein niederes Chlorid , Aluminium(I)-Chlorid (AlCl), aber dieses ist sehr instabil und nur in der Dampfphase bekannt.

Natürliches Vorkommen

Wasserfreie Verbindung ist heute unter den Mineralien unbekannt. Das Hexahydrat ist jedoch als das seltene Mineral Chloraluminit bekannt. Ein komplexeres, basisches und hydratisiertes Mineral ist Cadwaladerit .

Sicherheit

Wasserfreies AlCl 3 reagiert heftig mit Basen , daher sind geeignete Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Es kann bei Einatmen oder Kontakt Reizungen der Augen, der Haut und der Atemwege verursachen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links