Trifluoruro di boro: proprietà, sintesi, reazioni

Il trifluoruro di boro 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 fluoruro di boro è una molecola apolare.

Proprietà

Il trifluoruro di boro si presenta come un gas non infiammabile, dall’odore pungente e tossico per inalazione se è anidro mentre il trifluoruro di boro diidrato si presenta liquido.

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

Il trifluoruro di boro fu ottenuto per la prima volta nel 1808 dai chimici francesi Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard 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

Il 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

Usi

Il trifluoruro di boro può 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
• cracking degli idrocarburi
• dopante di tipo p nella fabbricazione di semiconduttori