Triclorur de fòsfor

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca
Infotaula de compost químicTriclorur de fòsfor
Phosphorus trichloride 25ml.jpg
Substància compost químic
Massa molecular 135,88 uma
Estructura química
Fórmula química Cl₃P
Structural formula of phosphorus trichloride.svg
SMILES canònic
InChI Model 3D
Propietats
Densitat 1,58 g/cm³ (a 20 °C)
Punt de fusió −112 °C
Punt d'ebullició 76 °C (a 760 Torr)
Pressió de vapor 100 mm Hg (a 68 °F)
Perills
Límit d'exposició promig ponderat en el temps 1,5 mg/m³ (10 h, sense valor)
3 mg/m³ (8 h, Estats Units d'Amèrica)
Límit d'exposició a curt termini 3 mg/m³ (sense valor)
IDLH 140,5 mg/m³
Modifica les dades a Wikidata

El triclorur de fòsfor és un compost químic de fòsfor i clor, amb la fórmula química PCl3. La seva geometria molecular és trigonal piramidal. És el més important dels clorurs de fòsfor. És un compost químic industrial important, que s'utilitza en la manufactura de compostos organofosforats per a una àmplia varietat d'aplicacions. Té un senyal 31P NMR aproximadament a +220 ppm.

Es considera que el fòsfor en el PCl3 té l'estat d'oxidació +3, i els àtoms de clor té l'estat d'oxidació −1. La major part de la seva reactivitat és consistent amb aquesta descripció.

Reaccions redox[modifica]

El PCl3 és precursor a altres compostos de fòsfor, sent oxidat a pentaclorur de fòsfor (PCl5), clorur de tiofosforil (PSCl3), o oxiclorur de fòsfor (POCl3).

Si es fa passar una descàrrega elèctrica a través d'una mescla de vapor de PCl3 i gas hidrogen, es forma un clorur de fòsfor rar, el tetraclorur de difòsfor (P2Cl4).

PCl3 com a electròfil[modifica]

El triclorur de fòsfor és el precursor de compostos organofosforats que contenen un o més àtoms de P(III), notablement fosfits i fosfonats. Aquests compostos no solen contenir els àtoms de clor que estan al PCl3.

El PCl3 reacciona ràpidament i exotèrmica amb aigua per formar àcid fosforós, H3PO3 i HCl:

PCl3 + 3 H2O → H3PO3 + 3 HCl

Es coneixen un gran nombre de substitucions similars, sent una de les més importants la formació d'èsters de fosfit per reacció amb alcohols o fenols. Per exemple, amb fenol, es forma el fosfit de trifenil:

3 PhOH + PCl3 → P(OPh)3 + 3 HCl

on "Ph" es refereix al grup fenil, -C6H5. Els alcohols, com l'etanol, reaccionen d'una manera similar, en presència d'una base com una amina terciària:[1]

PCl3 + 3 EtOH + 3 R3N → P(OEt)3 + 3 R3NH+Cl

Un altre compost que pot ser preparat de la mateixa forma és el fosfit de triisopropil (p.i. 43.5 °C/1.0 mm; CAS# 116-17-6).

No obstant, en absència de base, la reacció produeix l'àcid fosfònic i un clorur d'alquil, segons la següent estequiometria:

PCl3 + 3 C2H5OH → 3 C2H5Cl + H3PO3[2]

Les amines, R2NH, formen P(NR2)3, i els tiols (RSH) formen P(SR)3. Una reacció industrialment rellevant del PCl3 amb amines és la fosfonometilació, que utilitza formaldehid:

R2NH + PCl3 + CH2O → (HO)2P(O)CH2NR2 + 3 HCl

Els aminofosfonats són àmpliament usats com a agents segrestants i antiescames en tractament d'aigua. L'herbicida glifosat també és produïda d'aquesta forma. La reacció del PCl3 amb reactius de Grignard i organoliti és un mètode útil per a la preparació de fosfines orgàniques amb la fórmula R3P (també denominats fosfans) tals com la trifenilfosfina, Ph3P.

3 PhMgBr + PCl3 → Ph3P + 3 MgBrCl

Sota condicions controlades, el PCl3 pot ser usat per preparar PhPCl2 i Ph2PCl.

PCl3 com a nucleòfil[modifica]

El triclorur de fòsfor té un parell lliure, i conseqüentment pot actuar com una base de Lewis, per exemple, amb l'àcid de Lewis BBr3.[3] Forma un adducte 1:1, Br3B+PCl3. També es coneixen complexos metàl·lics, com el Ni(PCl3)4. La basicitat de Lewis s'explota en una ruta útil cap als compostos organofosforats, usant un clorur d'alquil i clorur d'alumini:

PCl3 + RCl + AlCl3 → RPCl3+ + AlCl4

El producte RPCl3+ pot ser hidrolitzat per produir un diclorur alquilfosfònic RP(=O)Cl2.

Preparació[modifica]

La producció mundial excedeix el terç de milió de tones. El triclorur de fòsfor es prepara industrialment per reacció amb clor, amb una solució de fòsfor blanc en triclorur de fòsfor, amb eliminació contínua del PCl3 format.

P4 + 6 Cl2 → 4 PCl3

La producció industrial de triclorur de fòsfor està sota el control de la Convenció sobre Armes Químiques. En el laboratori, pot ser més convenient usar fòsfor vermell, que és menys tòxic.[4] És prou barat que no hauria de ser sintetitzat només per a treball en el laboratori.

Usos[modifica]

El PCl3 és important indirectament com a precursor del PCl5, POCl3 i el PSCl3, que al seu torn tenen moltes aplicacions en herbicides, insecticides, plastificants, additius de petroli i retardants de flames.

Per exemple, l'oxidació del PCl3 condueix al POCl3, que és utilitzat per a la manufactura del fosfat de trifenil i el fosfat de tricresil, que troben aplicacions com a retardants de flames i plastificants pel PVC. També s'usen per preparar insecticides, com el diazinon. Els fosfonats inclouen a l'herbicida glifosat.

El PCl3 és el precursor de la trifenilfosfina per a la reacció de Wittig, i els èsters de fosfit, que poden ser usats com a intermediaris industrials, o en la reacció de Horner-Wadsworth-Emmons, tots dos importants mètodes per preparar alquens. Pot ser usat per fer òxid de trioctilfosfina (TOPO), que s'usa com un agent d'extracció, encara que generalment el TOPO es prepara a través de la fosfina corresponent.

El PCl3 també és usat directament com un reactiu en síntesi orgànica. Se li usa per convertir alcohols primaris i secundaris en clorurs d'alquil, o àcids carboxílics en clorurs d'acil, encara que el clorur de tionil generalment dóna millors rendiments que el PCl3.[5]

Precaucions[modifica]

El PCl3 és tòxic, sent una concentració de 600 ppm letal en uns pocs minuts.[6] El PCl3 està classificat com molt tòxic i corrosiu sota la Directiva 67/548/EEC de l'EU, i les frases de risc R14, R26/28, R35 i R48/20 són obligatòries.

Referències[modifica]

  1. A. H. Ford-Moore and B. J. Perry (1963). "Triethyl Phosphite". Org. Synth.; Coll. Vol. 4: 955. 
  2. Clark, Jim (2008).
  3. R. R. Holmes Falta indicar la publicació . DOI: 10.1016/0022-1902(60)80372-7.
  4. M. C. Forbes, C. A. Roswell, R. N. Maxson Falta indicar la publicació . DOI: 10.1002/9780470132333.ch42.
  5. L. G. Wade, Jr., Organic Chemistry, 6th ed., p. 477, Pearson/Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, USA, 2005.
  6. A. D. F. Toy, The Chemistry of Phosphorus, Pergamon Press, Oxford, UK, 1973.