アンモニアボラン

アンモニアボラン：水素社会を支える可能性を秘めた化合物

化学式: H3NBH3'>[アンモニア]]ボラン]は、[[ホウ素と窒素、水素からなる無機化合物です。無色の固体として存在し、水素貯蔵材料としての高いポテンシャルから、近年注目を集めています。その構造や性質、合成法、そして用途について詳しく見ていきましょう。

合成法

アンモニアボランは、主に以下の2つの方法で合成されます。

1. 水素化[ホウ素]]ナトリウムと塩化アンモニウムからの合成: 水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)と塩化アンモニウム]を、[[ジエチルエーテルなどの溶媒中で反応させることで合成できます。この反応は比較的穏やかな条件下で行われ、アンモニアボランに加えて、塩化ナトリウム(NaCl)と水素ガス(H2)が副生成物として生じます。

2. [ジエチルエーテル]]・ボランとアンモニアからの合成: ジエチルエーテルとボランの錯体(BH3・OEt2)と[[アンモニア]を低温(約-78℃)で反応させることで合成できます。この方法では、最大70%という高い収率が得られると報告されています。

物理的・化学的性質

[アンモニア]]ボランの分子構造は、エタン]と類似しています。[[ホウ素原子と窒素原子が互いに結合し、それぞれに水素原子が結合した構造を取っています。しかし、エタンが常温で気体であるのに対し、アンモニアボランは固体です。この違いは、アンモニアボランの高い極性によるものと考えられています。B-N間の結合距離は約1.58Å、B-H間の結合距離は約1.15Å、N-H間の結合距離は約0.96Åです。

アンモニアボランの結晶構造は、ホウ素と窒素の中心原子が近接して結合していることを示しています。初期の研究では、ホウ素と窒素の位置が逆転していたと解釈されていましたが、中性子回折法による精密な解析により、水素原子の位置が正確に決定され、現在の構造モデルが確立されました。また、ホウ素に結合した水素は塩基性、窒素に結合した水素はやや酸性を示すという特徴もあります。

用途

アンモニアボランの最も注目されている用途は、水素貯蔵媒体です。アンモニアボランは、重量あたり多くの水素を含んでおり、常温常圧で安定に保存できるため、燃料電池自動車などの水素利用システムに適しています。加熱によって水素を放出し、ポリボラザン((NH2BH2)n)や(NHBH)nなどの固体高分子に変化します。

さらに、[アンモニア]]ボランは、空気中で不安定なジボラン]の代替物質として、有機合成の分野でも利用されています。[[ジボランと同様に、還元剤としての役割を果たすことができます。

まとめ

アンモニアボランは、その特異な構造と性質から、水素エネルギー社会の実現に貢献できる可能性を秘めた化合物です。水素貯蔵だけでなく、有機合成における新たな反応剤としての応用も期待されており、今後もその研究開発が盛んに行われると予想されます。

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