ペンタボラン(9)

ペンタボラン(9)
名前
IUPAC名
ペンタボラン(9)
その他の名前
ペンタボラン、ペンタボロンノナハイドライド、安定ペンタボラン
識別子
  • 19624-22-7 チェックはい
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
チェビ
  • チェビ:33591
ケムスパイダー
  • 24765156 チェックはい
ECHA 情報カード 100.039.253
EC番号
  • 243-194-4
26757
  • ペンタボラン
RTECS番号
  • RY8925000
ユニイ
  • P1F0BN763J チェックはい
国連番号 1380
  • DTXSID10880057
  • InChI=1S/B5H9/c6-1-5-2(6)8-4(5)9-3(5)7-1/h1-5H チェックはい
    キー: USBVLEBZPMQADS-UHFFFAOYSA-N チェックはい
  • InChI=1/B5H9/c6-2-1-3(2,6)5(1,8-3)4(1,2,7-2)9-5/h1-5H
    キー: XPIBKKWNZBDJNI-UHFFFAOYAS
  • [H]1[BH]2[H][BH]3[BH]24[BH]1[H][BH]4[H]3
プロパティ
B 5 H 9
モル質量 63.12 g/モル
外観 無色の液体
臭い 酸っぱい牛乳のような刺激臭[1]
密度 0.618 g/mL
融点 −46.8 °C (−52.2 °F; 226.3 K)
沸点 58.4℃（137.1°F; 331.5K）[2]
反応する
溶解度 ベンゼン、シクロヘキサン、その他の炭化水素
蒸気圧 171 mmHg（20℃）[1]
危険
労働安全衛生（OHS/OSH）：
主な危険
 極めて有毒、極めて可燃性、自然発火性、腐食性
GHSラベル：
GHS02: 可燃性 GHS07: 感嘆符GHS05: 腐食性GHS06: 有毒 GHS08: 健康被害
H226、H250、H315、H318、H330、H335、H336、H370、H372
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
[5]
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasFlammability 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g. propaneInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g. sodium, sulfuric acid
4
4
2
W
引火点 30℃（86℉; 303K）
爆発限界 0.42%-? [1]
致死量または濃度（LD、LC）：
LD 50（中間投与量）
 <50 mg/kg [3]
LC 50（中央値濃度）
 3 ppm (マウス、4時間)
6 ppm (ラット、4時間)
3.4 ppm (マウス、4時間)
35 ppm (イヌ、15分)
244 ppm (サル、2分)
67 ppm (ラット、5分)
40 ppm (マウス、5分)
31 ppm (ラット、15分)
19 ppm (マウス、15分)
15 ppm (ラット、30分)
11 ppm (マウス、30分)
10 ppm (ラット、1時間)
6 ppm (マウス、1時間) [4]
NIOSH（米国健康曝露限界）：
PEL（許可）
 TWA 0.005 ppm (0.01 mg/m 3 ) [1]
REL（推奨）
 TWA 0.005 ppm (0.01 mg/m 3 ) ST 0.015 ppm (0.03 mg/m 3 ) [1]
IDLH（差し迫った危険）
 1ppm [1]
構造
C 4v
2.13 D
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
☒北 検証する （何ですか  ？） チェックはい☒北
化合物

ペンタボラン(9)は、化学式B 5 H 9で表される無機化合物です。最も一般的な水素化ホウ素クラスターの一つですが、反応性の高い化合物です。酸素との反応性が高いことから、かつてはロケット燃料やジェット燃料として評価されていました。多くの小さな水素化ホウ素化合物と同様に、ペンタボランは無色、反磁性、揮発性です。ペンタボラン(11) ( B 5 H 11 )と関連があります。

構造、合成、特性

その構造は、5つのホウ素原子が四角錐状に配列したものです。それぞれのホウ素原子は末端に水素化物配位子を持ち、4つの水素化物がピラミッドの底辺をまたいで配置されています。ニドケージ型に分類されます。

これは、アルフレッド・ストックによって、約200℃でのジボランの熱分解によって初めて調製されました。 [7]改良された合成法は、オクタヒドロトリボレート（B 3 H−8）は臭化水素酸塩（B3H7Br）に変換される。この臭化物を熱分解するとペンタボランが得られる。 [8]

5 B 3 H 7 Br − → 3 B 5 H 9 + 5 Br − + 4 H 2

米国では、ペンタボランはCallery Chemical Companyによって商業規模で生産されました。

150℃を超えると分解し、水素を生成します。ジボランとは異なり、適切に保管すれば室温でも非常に安定しています。また、水の存在下でもジボランよりもはるかに安定しています。

ペンタボランは極性が非常に高い化合物で、双極子モーメントは2.13 Dです。[9]ベンゼンやシクロヘキサンなどの炭化水素や、実験器具に使用される グリースにも溶けます。

反応

ペンタボランの化学は広範囲にわたります。[10]ハロゲン化により対称誘導体B 5 H 8 Xを与え、これを異性化することでハロゲン化物を四角錐の底に置くことができます。アルキルリチウム試薬などの強塩基を用いると脱プロトン化でき、得られたリチウム塩は様々な求電子剤と反応して置換誘導体を与えます。ペンタボランはルイス酸性であり、2当量のトリメチルホスフィンと二重付加物を形成します。ペンタボランは他の水素化ホウ素クラスターの合成に使用されます。また、メタラボランの前駆体でもあります。例えば、ノナカルボニル二鉄と反応してB 4 H 8 Fe(CO) 3を与えます。

燃料としての使用の歴史

ペンタボランは、米国とロシアの両軍からいわゆる「エキゾチック燃料」として評価されました。単純なホウ素化合物は特徴的な緑色の炎を発して燃焼するため、米国の産業界ではこの燃料は「グリーンドラゴン」と呼ばれていました。燃焼熱の点では、ペンタボランは同等の炭素化合物を上回っています。これは、ペンタボランの自己結合元素である炭素の質量がホウ素原子の質量より少なくとも1ダルトン重いことと、一部のボランが炭素当量よりも多くの水素を含むためです。化合物の化学結合の切断しやすさも考慮されています。

この物質への関心は、高速ジェット機の燃料としての可能性から始まりました。ロケットモーターにとって最大の比推力を生み出す推進剤の混合比は、二フッ化酸素とペンタボランとされることがあります[要出典] 。宇宙開発競争とミサイルギャップの初期、アメリカのロケット技術者たちは、既存の第一段ロケットを使用し、その上に非常に高い比推力で推力を生み出すエンジンを搭載した上段ロケットを搭載することで、ソ連に匹敵するロケットをより安価に製造できると考え、この燃料を研究するプロジェクトが開始されました。

このペンタボランは、 XB -70ヴァルキリーの計画段階において、ノースアメリカン・アビエーション社によって燃料としての使用が検討されましたが、最終的には炭化水素燃料が使用されました。ペンタボランは、四酸化窒素との二元推進剤としての使用も検討されました。[11]ソビエト連邦では、ヴァレンティン・グルシュコが1962年から1970年にかけて開発中だった実験用ロケットエンジンRD-270Mに使用しました。 [12]

プロピルペンタボラン（BEF-2）やエチルデカボラン（REF-3）などの他のボランも燃料として評価された。[13] ジボランとデカボラン、およびそれらの誘導体も調査された。

この燃料の問題点は、毒性と空気に触れると発火する性質です。さらに、（ジェットエンジンで使用した場合）排気ガスも有毒となります。

アメリカは、ペンタボランが使用不能として廃棄されてからかなり後の2000年に、「グリーンドラゴン」の最後の備蓄を破壊した。破壊手順は、ペンタボランを蒸気で加水分解し、水素とホウ酸溶液を生成するというものだった。ペンタボランを原料として消費する工場が存在しないことが、この長い遅延の一因となった。そこで陸軍の技術者たちは、「ドラゴンスレイヤー」という愛称で呼ばれる特注のシステムを構築した。[14]

安全性

30℃を超えると、空気と混合して爆発的な濃度の蒸気を形成する可能性があります。蒸気は空気より重いです。自然発火性があり、空気と接触すると、たとえわずかな不純物であっても自然発火する可能性があります。また、衝撃に敏感な爆発性化合物を容易に生成し、一部の消火剤、特にハロカーボン類や水と激しく反応します。毒性が非常に強く、低濃度の曝露でも症状が現れるまでに最大48時間かかる場合があります。急性毒性は一部の神経ガスに匹敵します。

労働安全衛生局（OSHA）と国立労働安全衛生研究所（NIOSH）が定めるペンタボランの職業暴露限界は、8時間加重平均で0.005 ppm（0.01 mg/m 3 ）、短期暴露限界は0.015 ppm（0.03 mg/m 3）である。[15]ペンタボランの急性毒性は、生命と健康に直ちに危険であると考えられており、限界値は1 ppmに設定されている。[16]

参照

参考文献

  1. ^ abcdef NIOSH化学物質ハザードポケットガイド。「#0481」。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）。
  2. ^ デクアシー、アンドリュー。『緑の炎』第4章。WayBack Machine に抜粋されアーカイブされています。
  3. ^ ペンタボランの化学および安全性データ
  4. ^ 「ペンタボラン」。生命または健康に直ちに危険を及ぼす濃度。米国労働安全衛生研究所。
  5. ^ OSHA職業化学物質データベース ペンタボラン
  6. ^ 「NFPA 一般的な化学物質の危険有害性評価情報」。2015年2月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年3月13日閲覧。
  7. ^ ストック、A. (1933).ホウ素とケイ素の水素化物. ニューヨーク: コーネル大学出版局. ISBN 0-8014-0412-6。 {{cite book}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）
  8. ^ ミラー、VR;ジョージア州リシュケヴィッチュ (1974)。 「ペンタボラン(9) (B 5 H 9 )」。無機合成。 Vol. 15. pp.  118–122 . doi :10.1002/9780470132463.ch26。ISBN 9780470132463。
  9. ^ Hrostowski, Henry J.; Myers, Rollie J. (2004年12月29日). 「安定ペンタボランのマイクロ波スペクトル、構造、および双極子モーメント」 . The Journal of Chemical Physics . 22 (2): 262. doi :10.1063/1.1740048. ISSN  0021-9606.
  10. ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (第2版). Butterworth-Heinemann . doi :10.1016/C2009-0-30414-6. ISBN 978-0-08-037941-8。
  11. ^ "N2O4/ペンタボラン". Encyclopedia Astronautica. 2007年8月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年8月11日閲覧。
  12. ^ “RD-270M”. Encyclopedia Astronautica. 2002年8月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年8月11日閲覧。
  13. ^ McDonald, G. (1957年11月13日). 「市販のプロピルペンタボラン（HEF-2）の147～190℃における熱安定性」(PDF) . 国立航空諮問委員会.
  14. ^ 「『ドラゴンスレイヤー』が超高出力燃料を無力化」(PDF)エンジニア・アップデート25 ( 2)アメリカ陸軍工兵隊2001年2月
  15. ^ CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド
  16. ^ 生命または健康に直ちに危険となる濃度（IDLH）に関する文書
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