Trifluoruro di boro: proprietà, sintesi, reazioni

Il trifluoruro di boro, noto anche come trifluoroborano, ha formula BF₃ e geometria planare in cui il boro direziona tre orbitali ibridi secondo angoli di 120°. Il boro ha configurazione elettronica 1s², 2s², 2p¹ e, a seguito della promozione di un elettrone dall’orbitale 2s all’orbitale 2p, presenta tre elettroni spaiati formando 3 orbitali ibridi sp².

Nonostante l’elevata differenza di elettronegatività tra boro e fluoro che si legano tramite legame covalente polare, a causa della simmetria della molecola, il trifluoruro di boro è una molecola apolare.

Proprietà del trifluoruro di boro

Il trifluoruro di boro si presenta come un gas non infiammabile, igroscopico, dall’odore pungente e tossico per inalazione se è anidro mentre il trifluoruro di boro diidrato si presenta liquido. I suoi vapori sono più pesanti dell’aria

Idrolizza lentamente in acqua fredda per dare acido fluoridrico e acido borico secondo la reazione:
BF₃ + 3 H₂O → 3 HF + H₃BO₃

È solubile in acido solforico, benzene, toluene, esano, cloroformio e diclorometano.

Il trifluoruro di boro che è un acido di Lewis è una molecola elettrondeficiente forma legami coordinati con donatori di elettroni dando complessi come il tetrafluoroborato che si ottiene per secondo la reazione:
BF₃ + F^– → [BF₄^–]

Sintesi

A livello industriale viene prodotto in sistemi chiusi in un processo continuo o in batch per ridurre il potenziale di esposizione professionale.

Il trifluoruro di boro fu ottenuto per reazione tra fluoruro di calcio e acido borico secondo la reazione:
2 H₃BO₃ + 3 CaF₂ + 3 H₂SO₄ → 2 BF₃ + 3 CaSO₄ + 6 H₂O

Il trifluoruro di boro viene ottenuto tramite diverse vie sintetiche:

• Per reazione ad alta temperatura del triossido di boro in presenza di fluoruro di calcio e acido solforico concentrato:
  B₂O₃ + 3 CaF₂ + 3 H₂SO₄ → 2 BF₃ + 3 CaSO₄ + 3 H₂O

• Per reazione del triossido di boro in presenza di carbonio e fluoro:
  B₂O₃ + 3 C + 3 F₂ → 2 BF₃ + 3 CO

• Per decomposizione termica del tetrafluoroborato di fenildiazonio con ottenimento di fluorobenzene e azoto. Questa reazione è utilizzata prevalentemente per ottenere il trifluoruro di boro in laboratorio:
  C₆H₅N≡N⁺ [BF₄^–] → BF₃ + C₆H₅F + N₂

Reazioni del trifluoruro di boro

Reagisce con:

• Sodio boroidruro per dare diborano e tratrafloroborato di sodio:
  4 BF₃ + 3 NaBH₄ → 2 B₂H₆ + 3 NaBF₄

• Idruro di sodio per dare diborano e fluoruro di sodio secondo la reazione:
  2 BF₃ + 6 NaH → B₂H₆ + 6 NaF

• Solfuro di litio per dare solfuro di boro e fluoruro di litio
  2 BF₃ + 3 Li₂S → B₂S₃ + 6 LiF

• Ammoniaca che agisce da base di Lewis secondo una reazione acido-base per formare un addotto:
  BF₃ + NH₃ → H₃N-BF₃

Trifluoruro di boro eterato

Questo complesso ottenuto da BF₃  che agisce da acido di Lewis e da etere etilico in cui l’ossigeno agisce da base di Lewis ha formula BF₃O(C₂H₅)₂, è  un liquido marrone,  molto tossico per inalazione, provoca gravi ustioni, reagisce violentemente con acqua, metalli alcalini o alcalino-terrosi caldi ad eccezione del magnesio con incandescenza.

Si presenta solubile in benzene, metanolo, diossano, tetraidrofurano, clorometano e toluene. Ha un  ruolo importante nella sintesi organica per l’idrossilazione del doppio legame, la scissione degli epossidi, l’esterificazione degli acidi e molte reazioni di ciclizzazione.

Viene utilizzato come catalizzatore per la produzione di intermedi chimici, forme farmaceutiche, prodotti agricoli, fragranze e prodotti correlati.

Promuove la sintesi assistita da microonde di acridoni, composti eteroaromatici, che suscitano un interesse mondiale per la loro vasta gamma di proprietà biologiche, tra cui attività antitumorali, antimalariche, anti-HIV, antivirali e antimicotiche

Usi

Il trifluoruro di boro essere usato come:

-acido di Lewis nelle reazioni di alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts

-iniziatore di reazioni di polimerizzazione delle olefine

-catalizzatore nelle reazioni di isomerizzazione, esterificazione, disidratazione, acilazione e condensazione

–cracking degli idrocarburi

-dopante di tipo p nella fabbricazione di semiconduttori

-rivelatore di neutroni nelle camere a ionizzazione

-nei dispositivi per il monitoraggio dei livelli di radiazione nell’atmosfera

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