一、认识氢化铝锂
化学品中文名称:四氢化铝锂、氢化铝锂
CAS No. :16853-85-3
(资料图片仅供参考)
分子式:LiAlH4
分子量:37.95
性状:白色疏松的结晶块或粉末,有吸湿性,久置变成灰色。
熔点:>125°C(分解)
相对密度(水=1):0.92
溶解性:不溶于烃类,溶于乙醚、四氢呋喃。
危险性:
1.容易吸潮分解,室温时在干燥空气中稳定。氢化铝锂的固体和溶液都具有高度可燃性,必须隔绝空气、湿气,并最好在氮气氛下保存。
2.对粘膜、上呼吸道、眼睛及皮肤有强烈刺激性。人体吸入后,可引起喉和支气管的炎症、水肿、痉挛、化学性肺炎或肺水肿而致死。接触后引起烧灼感、咳嗽、喘息、喉炎、气短、头痛、恶心和呕吐等。
3.氢化铝锂加热至 125 ℃ 即分解出氢化锂与金属铝,并放出氢气。在空气中磨碎时可发火。受热或与湿气、水、醇、酸类接触,即发生放热反应并放出氢气而燃烧或爆炸。与强氧化剂接触猛烈反应而爆炸。
灭火方法:不可用水、泡沫、二氧化碳、卤代烃(如 1211 灭火剂)等灭火。只能用金属盖或干燥石墨粉、干燥白云石粉末将火焖熄。
二、氢化铝锂的由来
1947年, Schlesinger、Bond 和 Finholt 首次制得氢化铝锂,其方法是令氢化锂与无水三氯化铝在乙醚中反应:4LiH+AlCl3-Et2O→LiAlH4+3LiCl。这个反应一般称为 Schlesinger 反应。反应开始时要加入少量氢化铝锂作为引发剂,否则反应要经历一段诱导期才能发生,并且一旦开始会以猛烈的速度进行,容易发生事故。
其他制取氢化铝锂的方法:
高压合成法——用碱金属或氢化物,铝,高压氢在烃或醚溶剂中反应:
LiH+Al+2H2→LiAlH4。
工业合成上一般采用高温高压合成氢化铝钠,然后与氯化锂进行复分解反应:Na+Al+2H2→NaAlH4,
NaAlH4+LiCl-Et2O→LiAlH4+NaCl。
氢化铝锂是白色固体,但工业品由于含有杂质,通常为灰色粉末。可以通过从乙醚中重新结晶来提纯,若进行大规模的提纯可以使用索式提取器。
三、氢化铝锂如此危险,为何依然备受重视
因为氢化铝锂几乎能还原所有有机官能团,同时也能作用于双键和三键化合物实现氢铝化反应,所以成为广泛应用的还原剂。
氢化铝锂与金属氢化物做还原剂的适应范围对比如下表:
四、氢化铝锂的典型反应
氢化锂铝的还原机理——以酮为例:
氢化铝锂具有很强的氢转移能力,与醇反应生成烷氧基氢化铝锂:
LiAlH4+ROH→LiAl(OR)H3+H2,
LiAlH4+2ROH→LiAl(OR)2H2+2H2,
LiAlH4+3ROH→LiAl(OR)3H+3H2。
羰基化合物(酰胺除外)被还原为醇,如酯和羧酸都可以被氢化铝锂还原成伯醇,醛和酮也可以被氢化铝锂还原成醇,α,β-不饱和酮会被还原成烯丙醇。当环氧化合物被还原时,氢化铝锂会攻击环氧化合物的位阻小的一端,通常会生成仲醇或叔醇。酰胺和酰亚胺被还原成胺,腈被还原成伯胺。另外,肟、硝基化合物以及烷基叠氮都可以被还原成胺。季铵阳离子可被还原成对应的叔胺。
此外,氢化铝锂超强的还原能力还可以作用于其它官能团,如将卤代烷烃还原为烷烃 (式1)。
该类反应中,碘代烷反应最快,其次是溴代烷和氯代烷。反应中一级卤代烷(伯卤代烷)性能较好,所得产物发生构型转化,因此认为该反应是SN2机理。二级卤代烷(仲卤代烷)也可用此法还原,三级卤代烃(叔卤代烷)容易发生消除反应,不适用此法。氢化铝锂只能用于还原醇基在附近的炔烃,不能用于还原简单烯烃和芳香烃。
硅卤化物等还原为硅烷,如:
LiAlH4+SiCl4→SiH4+LiCl+AlCl3
通常氢化铝锂对醚类化合物无反应活性,但也有例外,如将邻酯衍生物高产率地转换为羧醛 (式2)。
氢化铝锂能够对烯烃发生氢铝化反应,得到Al-C键中间体,进而能够与其它亲核试剂如卤代物反应,实现烯烃的加成反应 (式3)。该类反应通常需要加入Lewis酸如CCl4或氯化镍,才能获得较好的反应活性。
同样,氢化铝锂也能对炔烃发生氢铝化反应,得到sp2-C-Al键中间体,进而与质子、溴和碘正离子反应得到相应的官能化烯烃产物 (式4)。
五、氢化铝锂的应用及局限性
氢化铝锂以其优良的还原性广泛应用于医药、农药、香料、染料等行业,并在很多有机合成中做还原剂。同时,氢化铝锂在燃烧时会释放出大量的热能,也用做导弹和运载火箭燃料的添加剂。
该产品的技术含量较高,利润空间较大,但在生产过程中涉及高温、易燃、易爆等方面的问题,工艺参数的控制要求十分严格。生产环境要求严加密闭,提供充分的局部排风和全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。防止产生粉尘。防止与氧化剂、酸类、醉类接触。尤其要注意防止与水接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。禁止震动、撞击和摩擦。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。库温不超过25℃,相对湿度不超过 75%。包装密封。储存区应备有合适的材料收容泄漏物。因此国内只有极少数的厂家在进行小规模生产。