テトラカルボニルニッケル

テトラカルボニルニッケル：性質、反応、危険性、用途

テトラカルボニルニッケル、別名ニッケルカルボニルは、化学式Ni(CO)₄で表されるニッケルと一酸化炭素からなる錯体です。無色もしくはわずかに黄色の液体で、非常に揮発性が高く、特徴的な臭いはありません。この化合物は、その高い毒性から「死の液体」とも呼ばれ、取り扱いには厳重な注意が必要です。毒物及び劇物取締法で毒物に指定されており、労働安全衛生法では第2類特定化学物質に分類されています。

構造と性質

テトラカルボニルニッケルは、18電子則を満たす対称性の高い構造を持つ金属カルボニルです。鉄カルボニルやモリブデンカルボニルなど、他の多くの金属カルボニルと同様に、ニッケル原子と一酸化炭素分子が共有結合で結びついています。この対称性の高い構造が、高い揮発性を引き起こす要因の一つと考えられています。

合成法

テトラカルボニルニッケルは、金属ニッケルと一酸化炭素を反応させることで合成されます。この反応は、室温でも進行しますが、一般的には穏やかな加熱によって効率的に進行します。逆反応、つまりテトラカルボニルニッケルの分解も加熱によって起こり、金属ニッケルと一酸化炭素が生成します。この可逆的な反応は、モンド法と呼ばれるニッケルの精製法の基礎となっています。モンド法では、不純物を含むニッケルを一酸化炭素と反応させてテトラカルボニルニッケルとし、これを加熱分解することで高純度のニッケルを得ます。

反応

テトラカルボニルニッケルは、他の低原子価金属カルボニルと同様に、様々な反応を示します。

一酸化炭素の置換反応: トリフェニルホスフィンなどの配位子と反応し、一酸化炭素の一部が置換された錯体（例：Ni(CO)₃(PPh₃), Ni(CO)₂(PPh₃)₂）を生成します。この反応は、一酸化炭素が脱離して生じる活性な中間体Ni(CO)₃を介して進行すると考えられています。ビピリジンなどの他の配位子も同様に反応します。
[酸化]]反応: 塩素などの酸化剤によって酸化され、一酸化炭素が脱離して塩化ニッケル] (NiCl₂) を生成します。これは、テトラカルボニル[[ニッケルを分解する簡単な方法の一つです。
還元反応: 水酸化物イオンなどの還元剤と反応すると、[Ni₅(CO)₁₂]²⁻や[Ni₆(CO)₁₂]²⁻などのニッケルクラスターを生成します。
有機金属反応: ハロゲン化アルキルやハロゲン化アリールと反応し、カルボニル化された有機化合物を合成する反応剤として用いられます。ハロゲン化ビニルを不飽和エステルに変換する反応なども知られています。これらの反応も、Ni(CO)₃中間体と、これに対する酸化的付加を経て進行すると考えられています。
* 求核攻撃: カルボニル配位子の炭素原子に対して求核剤が攻撃し、アシル誘導体[Ni(CO)₃C(O)Nu]⁻を生成します。

毒性と安全に関する注意

テトラカルボニルニッケルは、極めて強い毒性を持ちます。吸入や経皮吸収によって体内に入り、重篤な健康被害を引き起こす可能性があります。皮膚に触れると強い刺激と火傷を引き起こし、吸入すると致死的です。中毒症状は、初期の頭痛や胸痛、それに続く間質性肺炎といった2段階の症状で特徴付けられます。間質性肺炎は、咳、息切れ、強い疲労感を伴い、重症化すると肺水腫、チアノーゼに至る可能性があり、死亡することもあります。

作業環境における許容濃度は0.001ppmと極めて低く、シアン化水素ガスよりもはるかに危険です。漏洩事故が発生した場合には、換気を十分に行い、適切な保護具（自給式呼吸器、保護衣、保護メガネ、ゴム手袋、ゴム長靴など）を着用して対応する必要があります。

分析方法

テトラカルボニルニッケルの分析には、原子吸光光度計を用いたニッケルの定量分析や、FT-IRを用いた分析が一般的に用いられます。

利用

テトラカルボニルニッケルは、電池用電極板の発泡金属（ニッケル）基材原料などとして利用されています。しかし、その高い毒性から、取り扱いには専門的な知識と設備が必要不可欠です。

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