テトラフルオロホウ酸

テトラフルオロホウ酸：性質、合成、用途

テトラフルオロ[ホウ酸]は、別名フルオロホウ酸または硼弗化水素酸とも呼ばれる、硝酸に匹敵する強酸です。その強酸性に加え、弱配位性で非酸化性という特徴を持ち、有機金属化学や電気化学など幅広い分野で利用されています。しかしながら、強い毒性を持ち、皮膚を侵すため、取り扱いには細心の注意が必要です。法律では劇物に指定されており、その塩類も同様に規制の対象となっています。

合成と性質

純粋なテトラフルオロ[ホウ酸]]は単離されておらず、一般的には水やジエチルエーテルなどの溶媒に溶解した状態で市販されています。水溶液は、フッ化水素酸(HF)にホウ酸]を溶解することで合成できます。この反応では、[[ホウ酸のヒドロキシル基がフッ化水素と反応し、テトラフルオロホウ酸アニオン(BF4-)とオキソニウムイオン(H3O+)が生成します。

化学式は以下の通りです。

B(OH)3 + 4HF → H3O+ + BF4- + 2H2O

テトラフルオロホウ酸は水中で部分的に加水分解し、BF3OH-とフッ化水素を生じます。無水溶液を得るには、無水酢酸を用いた処理が必要となります。

分子構造においては、ホウ素原子を中心とした歪んだ四面体構造をとり、4つのフッ素原子がホウ素原子に結合しています。X線構造解析の結果によると、水素結合が観測されており、結合長は他のB-F結合よりも長いことが分かっています。

テトラフルオロホウ酸アニオン(BF4-)は、フッ素の高い電気陰性度により安定化されており、求核性、塩基性、配位性が低いという特徴があります。そのため、不安定なカチオンを塩として単離する対イオンや、有機金属反応の試薬として広く用いられています。

テトラフルオロホウ酸塩の用途

テトラフルオロホウ酸は、様々な金属や有機カチオンとの塩を形成します。これらの塩は、それぞれ独自の性質と用途を持っています。

[テトラフルオロホウ酸ナトリウム]: 最も一般的なテトラフルオロホウ酸塩として市販されています。
テトラフルオロホウ酸銀(I)(AgBF4): 有機ハロゲン化物の活性化剤として、ウィリアムソン合成などで用いられます。銀イオンがハロゲン原子に配位し、脱離反応を促進します。
テトラフルオロホウ酸銅(II): 様々な用途に使用されます。
テトラフルオロホウ酸アンモニウム((R4N+BF4-): 電気化学測定において、支持塩として用いられます。テトラフルオロホウ酸アニオンは酸化還元を受けにくい性質を持つため、測定への影響が少ないからです。
テトラフルオロホウ酸ニトロニウム(NO2+BF4-): 芳香族化合物のニトロ化反応試薬として用いられます。
テトラフルオロホウ酸ニトロシル(NO+BF4-): 芳香族化合物のニトロソ化や酸化反応の試薬として用いられます。
テトラフルオロホウ酸トリアルキルオキソニウム(R3O+BF4-): 強力なアルキル化剤として知られ、メーヤワイン試薬とも呼ばれます。
テトラフルオロホウ酸カリウム(KBF4): 難水溶性であるため、カリウムイオンの定量分析試薬として用いられます。
* 芳香族ジアゾニウムテトラフルオロホウ酸塩(ArN2+BF4-): ジアゾニウム塩としては比較的安定で、シーマン反応(熱分解によるフッ素化)の基質として用いられます。

まとめ

テトラフルオロホウ酸とその塩類は、その特異的な性質から、有機合成化学、電気化学、分析化学など、様々な分野で重要な役割を果たしています。しかしながら、その強い毒性と劇物指定を常に意識し、安全な取り扱いを行うことが不可欠です。

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