三塩化リン

三塩化リン：性質、反応、用途、安全性

三塩化リン (PCl3) は、リンの塩化物である無機化合物です。常温常圧下では無色の液体で、特徴的な刺激臭を持ちます。その高い毒性と腐食性から、取り扱いには十分な注意が必要です。工業的に重要な化合物であり、様々な化学製品の製造に利用されていますが、毒物及び劇物取締法で毒物に指定されているため、取り扱いには規制が設けられています。

物理的性質

三塩化リンは、四塩化炭素中において0.8 Dの双極子モーメントを示し、Cl-P-Cl結合角は約100.27°です。標準生成エンタルピーは-319.7 kJ/molと低く、安定な化合物であることを示しています。31P NMRによる化学シフト値は、H3PO4を基準として220 ppmです。

化学的性質

三塩化リン分子において、リン原子は+3価、塩素原子は-1価の酸化状態を取ります。水と激しく反応し、発熱的に亜リン酸(ホスホン酸)と塩化水素を生成する、強い求核剤です。この性質を利用して、様々な有機リン化合物の合成に用いられます。

アルコール類との反応では、アルコールの種類と反応条件によって、亜リン酸エステルやホスホン酸エステル、クロロアルカンなどを生成します。例えば、フェノールとの反応では亜リン酸トリフェニルが生成し、エタノールとの反応では、塩基の存在下で亜リン酸トリエチルが、塩基非存在下ではホスホン酸ジエチルとクロロエタンが生成します。

アミン類やチオール類とも反応し、それぞれ亜リン酸トリアミドやトリチオ亜リン酸トリアルキルを生成します。特に、2級アミンとホルムアルデヒドとの反応で合成されるアミノホスホン酸は、金属封鎖剤や水垢防止剤として水質改善に広く用いられ、除草剤グリホサートの製造にも用いられています。

グリニャール試薬や有機リチウム試薬との反応では、トリフェニルホスフィンなどの有機ホスフィン化合物を合成でき、芳香環に直接置換反応を起こすこともあります。また、三塩化リンは非共有電子対を持つためルイス塩基として働き、ルイス酸との付加物や金属錯体を形成します。この性質は有機リン化合物の合成に利用されます。例えば、三塩化リンとアルキルハライドをAlCl3存在下で反応させ、加水分解することでアルキルホスホン酸二塩化物を得ることができます。

合成法

工業的には、白リンと塩素を反応させることで大量に合成されます。塩素ガスを三塩化リン溶液に吹き込み、加熱還流して生成物を集める方法が一般的です。実験室規模では、毒性の低い赤リンを用いる方法も用いられます。化学兵器禁止条約の第2種指定物質であり、その製造・使用には規制が課せられています。

用途

三塩化リンの世界的な生産量は30万トンを超えます。最も安価で多用途な3価リン源として、リンを含む様々な製品の重要な出発物質となっています。五塩化リン、塩化ホスホリル、ホスホロチオ酸トリクロリドなどの合成中間体として、除草剤、殺虫剤、可塑剤、油への添加剤、難燃剤などの製造に使用されます。

特に、塩化ホスホリルはリン酸エステルの製造に用いられ、難燃剤やポリ塩化ビニルの可塑剤として利用されます。また、ウィッティヒ反応やホーナー・ワーズワース・エモンズ反応においても重要な試薬であり、アルケンの合成に広く用いられています。

取り扱い上の注意

三塩化リンは非常に毒性が高く、高濃度では急速に死に至る危険性があります。水と激しく反応し、腐食性も強いため、取り扱いには手袋、保護眼鏡、ドラフトチャンバーの使用が必須です。大量に扱う際には、エプロンや顔面シールドの着用も必要となります。また、強い酸化剤とは離して保管する必要があります。

参考文献

(参考文献は省略)

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