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Borazin Cyclotriborazan ist eine cyclische Verbindung aus Bor Stickstoff und Wasserstoff mit der Summenformel B3H6N3 ist

Borazin

Borazin (Cyclotriborazan) ist eine cyclische Verbindung aus Bor, Stickstoff und Wasserstoff mit der Summenformel B3H6N3. Borazin ist isoelektronisch zu Benzol, die Frage der Aromatizität der Verbindung ist jedoch kritisch zu diskutieren. Nach einem Vorschlag von Nils Wiberg wird der Grundkörper dieser Verbindungen auch als „anorganisches Benzol“ bezeichnet. Daraus leitet sich auch die systematisch nicht zulässige Bezeichnung Borazol ab.

Strukturformel
Allgemeines
Name Borazin
Andere Namen
  • Cyclotriborazan
  • Borazol
Summenformel B3H6N3
Kurzbeschreibung

klare, farblose Flüssigkeit mit einem aromatischen Geruch

Externe Identifikatoren/Datenbanken
Eigenschaften
Molare Masse 80,53 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

0,83 g·cm−3

Schmelzpunkt

−58 °C

Siedepunkt

55,0 °C

Löslichkeit

Zersetzung in Wasser

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung

Gefahr

H- und P-Sätze H: 225​‐​260​‐​314​‐​318
P: ?
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−541,0 kJ/mol

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte Bearbeiten

Borazin wurde zuerst von Alfred Stock am Anfang des 20. Jahrhunderts hergestellt. Er gewann es durch Erhitzen von Diboran und Ammoniak.

Gewinnung und Darstellung Bearbeiten

Borazin lässt sich durch Erhitzen eines Gemisches aus Diboran und Ammoniak im Molverhältnis 1:2 auf 250–300 °C herstellen. Die Ausbeute dieser chemischen Reaktion liegt bei 50 %:

Alternativ sind als Edukte auch Lithiumborhydrid und Ammoniumchlorid verwendbar, was zu einer höheren Ausbeute führt:

Man kann statt Lithiumborhydrid auch Natriumborhydrid verwenden:

Eine weitere Borazinsynthese ist folgende zweistufige:

Das synthetisierte Borazin wird anschließend per Destillation aufkonzentriert.

Eigenschaften Bearbeiten

In Wasser zersetzt sich Borazin zu Borsäure, Ammoniak und Wasserstoff. Borazin (Bildungsenthalpie ΔHf = −531 kJ/mol) ist thermisch sehr beständig.

Struktur Bearbeiten

Borazin ist isoster zu Benzol. Das heißt, die Bindungen und Bindungsverhältnisse stimmen mit denen im Benzol überein oder ähneln sich sehr stark. Der C-C-Abstand im Benzol liegt bei 139,7 pm. Die Bindungslänge zwischen Bor und Stickstoff beträgt im Borazin 143,6 pm. Damit liegt er erwartungsgemäß zwischen dem Wert für eine B-N-Einfachbindung (151 pm), wie man sie im Bornitrid vorfindet, und dem für eine B=N-Doppelbindung (131 pm).

Mesomerie Bearbeiten

Mesomeriemodell des Borazins

Der Elektronegativitätsunterschied zwischen Bor (2,04 nach Pauling-Skala) und Stickstoff (3,04) sowie der Elektronenmangel am Bor-Atom und das freie Elektronenpaar beim Stickstoff begünstigen die Ausbildung Mesomerer der Borazin-Struktur. Bor spielt hierbei die Rolle einer Lewis-Säure, Stickstoff die einer Lewis-Base.

Reaktionen Bearbeiten

Aufgrund der Verschiedenheit der Atome und damit der Polarität der B–N-Bindungen ist Borazin chemisch wesentlich reaktiver als Benzol. So reagiert Borazin leicht mit polaren Verbindungen wie Chlorwasserstoff, Wasser und Methanol. Chlorwasserstoff reagiert in einer Additionsreaktion mit Borazin. Mit Benzol würde diese Reaktion nicht stattfinden. Die Umsetzung mit Brom benötigt keinen Katalysator.

Aromatizität Bearbeiten

Als Kriterien der Aromatizität werden in der Regel geometrische (Bindungslängenausgleich), magnetische (magnetische Suszeptibilität und deren Anisotropie, Ringstromeffekte, NMR-Abschirmungen) und vor allem energetische Eigenschaften (aromatische Stabilisierungsenergie und damit verbundenes, ungewöhnliches chemisches Verhalten) herangezogen. Grenzfälle sind dahingehend schwierig zu beurteilen, da die einzelnen Kriterien nicht immer positiv miteinander korrelieren und keine festen Grenzen für die Beurteilung aromatisch/nicht-aromatisch definiert sind. Üblicherweise wird daher die Frage der Aromatizität anhand von Vergleichsbeispielen diskutiert, wobei Benzol in vielen Fällen als unbestrittene Referenz dient.
Gegenüber Benzol ist Borazin durch eine ungleichmäßige π-Elektronenverteilung charakterisiert (Elektronegativitätsdifferenz Bor/Stickstoff, Anhäufung von Elektronendichte am Stickstoff). Während das freie Borazin sich noch durch planare Struktur mit ausgeglichenen Bindungslängen auszeichnet, sind Tricarbonyl-Chrom-Komplexe im Gegensatz zu den Benzol-Analoga nicht mehr planar (bevorzugte Koordination über die Stickstoffe im Borazin). Auf B3LYP/6-31G* berechnete aromatische Stabilisierungsenergien (ASE), magnetic susceptibility exaltation (Λ) und NICS-Werte (nucleus independent chemical shift) von Borazin ergeben gegenüber Benzol deutlich verringerte Werte, nichtsdestotrotz ist gerade die ASE immer noch grob halb so groß wie im Falle der eindeutig aromatischen Referenz.

ASE Λ NICS
Benzol 175,4 kJ/mol −16,7 −11,5
Borazin 040,2 kJ/mol 0−5,9 0−2.1

Genauere Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften von Borazin belegen deren komplexe Topologie, wodurch die vereinfachte Diskussion anhand von Λ- und NICS-Werten an Aussagekraft verliert, und schreiben Borazin anhand der magnetischen Eigenschaften π-Aromatizität, jedoch keinen „globalen“ aromatischen Charakter zu. Die cyclische Elektronendelokalisation wird von den Autoren als „nicht-effektiv“ beschrieben. Reaktionen in der Gasphase zeigen Ähnlichkeit mit dem für Benzol typischen Reaktionsmuster der elektrophilen Substitution.
Die Diskussion über den aromatischen Charakter von Borazin scheint derzeit in Fachkreisen noch nicht abgeschlossen zu sein, in der Grundtendenz wird dem Borazin jedoch ein gewisser, wenn auch gegenüber Benzol deutlich reduzierter, aromatischer Charakter zugesprochen.

Verwendung Bearbeiten

Borazin und seine Derivate sind von Interesse als potentielle Vorläuferprodukte auf dem Weg zu Bornitrid-Keramiken. Gemischt Amino-nitro substituierte Borazine versprechen nach neueren Berechnungen deutlich höhere Detonationsgeschwindigkeit, Detonationsdruck und Gurney-Energie als herkömmliche Explosivstoffe wie z. B. CL-20.

Quellen Bearbeiten

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  2. ↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1116.
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Borazin Cyclotriborazan ist eine cyclische Verbindung aus Bor Stickstoff und Wasserstoff mit der Summenformel B3H6N3 Borazin ist isoelektronisch zu Benzol die Frage der Aromatizitat der Verbindung ist jedoch kritisch zu diskutieren Nach einem Vorschlag von Nils Wiberg wird der Grundkorper dieser Verbindungen auch als anorganisches Benzol bezeichnet Daraus leitet sich auch die systematisch nicht zulassige Bezeichnung Borazol ab StrukturformelAllgemeinesName BorazinAndere Namen Cyclotriborazan BorazolSummenformel B3H6N3Kurzbeschreibung klare farblose Flussigkeit mit einem aromatischen Geruch 1 Externe Identifikatoren DatenbankenCAS Nummer 6569 51 3EG Nummer Listennummer 641 426 2ECHA InfoCard 100 169 303PubChem 138768ChemSpider 122374Wikidata Q422698EigenschaftenMolare Masse 80 53 g mol 1Aggregatzustand flussigDichte 0 83 g cm 3 1 Schmelzpunkt 58 C 2 Siedepunkt 55 0 C 2 Loslichkeit Zersetzung in Wasser 1 SicherheitshinweiseGHS Gefahrstoffkennzeichnung 3 GefahrH und P Satze H 225 260 314 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globalen aromatischen Charakter zu 11 Die cyclische Elektronendelokalisation wird von den Autoren als nicht effektiv beschrieben Reaktionen in der Gasphase zeigen Ahnlichkeit mit dem fur Benzol typischen Reaktionsmuster der elektrophilen Substitution 12 Die Diskussion uber den aromatischen Charakter von Borazin scheint derzeit in Fachkreisen noch nicht abgeschlossen zu sein in der Grundtendenz wird dem Borazin jedoch ein gewisser wenn auch gegenuber Benzol deutlich reduzierter aromatischer Charakter zugesprochen Verwendung BearbeitenBorazin und seine Derivate sind von Interesse als potentielle Vorlauferprodukte auf dem Weg zu Bornitrid Keramiken Gemischt Amino nitro substituierte Borazine versprechen nach neueren Berechnungen deutlich hohere Detonationsgeschwindigkeit Detonationsdruck und Gurney Energie als herkommliche Explosivstoffe wie z B CL 20 13 Quellen Bearbeiten a b c Eintrag zu Borazine In Rompp Online Georg Thieme Verlag abgerufen am 28 Dezember 2014 a b A F Holleman E Wiberg N Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102 Auflage Walter de Gruyter Berlin 2007 ISBN 978 3 11 017770 1 S 1116 Vorlage CL Inventory nicht harmonisiert Fur diesen Stoff liegt noch keine harmonisierte Einstufung vor Wiedergegeben ist eine von einer Selbsteinstufung durch Inverkehrbringer abgeleitete Kennzeichnung von 1 3 5 2 4 6 triazatriborinane im Classification and Labelling Inventory der Europaischen Chemikalienagentur ECHA abgerufen am 19 Juli 2019 David R Lide Hrsg CRC Handbook of Chemistry and Physics 90 Auflage Internet Version 2010 CRC Press Taylor and Francis Boca Raton FL Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances S 5 6 Siegfried Hauptmann Organische Chemie 2 durchgesehene Auflage VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie Leipzig 1985 S 548 549 ISBN 3 342 00280 8 Paul von Rague Schleyer Haijun Jiao What is Aromaticity In Pure and Applied Chemistry Bd 68 Nr 2 1996 S 209 218 doi 10 1351 pac199668020209 Gottfried Huttner Bernhard Krieg Kristall und Molekulstruktur von Tricarbonyl hexaathylborazin chrom 0 In Chemische Berichte Bd 105 Nr 10 1972 S 3437 3444 doi 10 1002 cber 19721051031 Hyp J Dauben Jr James Dennis Wilson John L Laity Diamagnetic Susceptibility Exaltation as a Criterion of Aromaticity In Journal of the American Chemical Society Bd 90 Nr 3 1968 S 811 813 doi 10 1021 ja01005a059 Paul von Rague Schleyer Christoph Maerker Alk Dransfeld Haijun Jiao Nicolaas J R van Eikema Hommes Nucleus Independent Chemical Shifts A Simple and Efficient Aromaticity Probe In Journal of the American Chemical Society Bd 118 Nr 26 1996 S 6317 6318 doi 10 1021 ja960582d Eluvathingal D Jemmis Boggavarapu Kiran Aromaticity in X3Y3H6 X B Al Ga Y N P As X3Z3H3 Z O S Se and Phosphazenes Theoretical Study of the Structures Energetics and Magnetic Properties In Inorganic Chemistry Bd 37 Nr 9 1998 S 2110 2116 doi 10 1021 ic970737y Rafael Islas Eduardo Chamorro Juvencio Robles Thomas Heine Juan C Santos Gabriel Merino Borazine to be or not to be aromatic In Structural Chemistry Bd 18 Nr 6 2007 S 833 839 doi 10 1007 s11224 007 9229 z Barbara Chiavarino Maria Elisa Crestoni Annito Di Marzio Simonetta Fornarini Marzio Rosi Gas Phase Ion Chemistry of Borazne an Inorganic Analogue of Benzene In Journal of the American Chemical Society Bd 121 Nr 48 1999 11204 11210 doi 10 1021 ja992220m Ernst Christian Koch Thomas M Klapotke Boron Based High Explosives In Propellants Explosives Pyrotechnics Bd 37 Nr 3 2012 S 335 344 doi 10 1002 prep 201100157 Normdaten Sachbegriff GND 4146305 5 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Borazin amp oldid 230141757