リン化ナトリウム

リン化ナトリウム：性質、合成、用途、および取り扱い上の注意

リン化[ナトリウム]は、アルカリ金属である[ナトリウム]]とリンから構成される黒色の化合物です。化学式はNa3Pで表され、反応性の高いリン化物イオンを供給する試薬として知られています。リン酸ナトリウム]とは異なる物質であることに注意が必要です。[[ナトリウムとリンの組み合わせでは、Na3P以外にもNaP、Na3P7、Na3P11、NaP7、NaP15といった複数の化合物が存在します。

リン化ナトリウムの性質

固体状態のリン化ナトリウムは、リン原子を中心とした五配位構造を有します。一方、気相では、リン化ナトリウムとリン化リチウム(Li3P)はどちらも、中心のリン原子上に孤立電子対を持つ三角錐型の分子構造をとることがわかっています。リン化カリウム(K3P)と類似した構造を持つ点が特徴です。

リン化ナトリウムの合成

リン化ナトリウムの合成法は古くから研究されており、19世紀中盤にフランスの科学者アレクサンドル・ボードリモンによって初めて報告されました。彼は溶融ナトリウムと五塩化リンを反応させることでリン化ナトリウムを得ました。

その後、様々な合成法が開発されています。しかし、リン化ナトリウムは可燃性かつ毒性が高いことから、多くの場合、in situ（反応系内で直接生成）合成が用いられます。代表的な合成法としては、白色リンをナトリウム-カリウム合金で還元する方法があります。この反応は、150℃のオートクレーブ中で5時間かけて行われ、効率的にリン化ナトリウムが生成します。

化学反応式は以下のとおりです。


P4 + 12Na → 4Na3P


この反応は常圧下でも進行しますが、温度勾配を用いることで揮発性の低いNa3P相を生成し、さらにナトリウムと反応させる手法も用いられます。反応速度を上げるために、ナフタレンなどの電子伝達剤を用いる場合もあります。ナフタレンは可溶性のラジカルアニオンを形成することで、リンの還元を促進します。

リン化ナトリウムの用途

リン化ナトリウムは、反応性の高いリン化物イオンの供給源として様々な用途を持ちます。全ての溶媒に不溶ですが、酸性条件下や給電子剤存在下では反応し、様々な誘導体を形成します。例えば、トリメチルシリル誘導体は、"P3−"と等価でありながら揮発性と溶解性を持つため、有機金属化学において有用です。

高温の[N,N-ジメチルホルムアミド]]を溶媒としてリン化ナトリウムと塩化インジウム(III)を反応させることで、半導体材料であるリン化インジウム]を合成できます。この反応では、金属[[ナトリウムと白色リンからin situでリン化ナトリウムが生成し、すぐにインジウム塩と反応することで効率的にリン化インジウムが得られます。

化学反応式は以下のとおりです。


Na3P + InCl3 → InP + 3NaCl


工業的には、リン化ナトリウムは、リン化亜鉛やリン化アルミニウムと共に、ポリマー合成における触媒としても使用されています。これらの触媒系からリン化ナトリウムを除くと、プロピレンや4-メチル-1-ペンテンの重合が著しく阻害されることから、触媒活性に重要な役割を果たしていることがわかります。

リン化ナトリウムの取り扱い上の注意

リン化ナトリウムは、空気中の水分と反応して毒性の高いホスフィンガスを発生します。この反応は発熱反応であるため、発火する危険性もあります。そのため、取り扱いには細心の注意が必要です。アメリカ合衆国運輸省では、火災や毒性への懸念から、旅客機や鉄道などでのリン化ナトリウムの輸送を禁止しています。

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