三塩化酸化バナジウム(V)

三塩化酸化[バナジウム]：性質、合成、反応、用途

三塩化酸化[バナジウム] (VOCl3) は、バナジウムの重要な化合物であり、その独特の性質と反応性から、有機合成や触媒化学において幅広く利用されています。常温では液体として存在し、蒸留によって精製できますが、空気中の水分と容易に反応するため、取り扱いには注意が必要です。その強い酸化力から、様々な化学反応において重要な役割を果たしています。また、毒物及び劇物取締法により劇物に指定されているため、取り扱いには細心の注意が必要です。

化学的性質

VOCl3 は、[反磁性]]を示すバナジウム][[化合物です。分子構造は四面体形で、酸素原子とバナジウム原子、塩素原子間の結合角はそれぞれ特徴的な値を示します。具体的には、O-V-Cl 角は約111度、Cl-V-Cl 角は約108度、V-O 結合長は約157 pm、V-Cl 結合長は約214 pm と測定されています。

VOCl3 は水と非常に反応性が高く、空気中に放置すると急速に加水分解し、塩素ガスを発生します。このため、乾燥した不活性雰囲気下で取り扱う必要があります。一方、ベンゼン、ジクロロメタン、ヘキサンなどの無極性溶媒には可溶性です。塩化ホスホリルと類似点もいくつかありますが、VOCl3 は強い酸化性を示す点が大きな違いです。これは、リン化合物には一般的に酸化性が低いことと対照的です。

合成法

VOCl3 の合成は、様々な方法で行われます。一般的な方法は、酸化[バナジウム] (V2O5) の塩素化です。この反応は高温(約600℃)を必要とするため、適切な反応装置と温度制御が必要です。

反応式は以下の通りです。

3Cl₂ + V₂O₅ → 2VOCl₃ + 1/2O₂

V₂O₅ と炭素の混合物を用いることで、反応温度を200-400℃に下げることができます。この場合、炭素は脱酸素剤として作用し、反応を促進します。これは、TiO₂ から TiCl₄ を製造するクロール法と同様の原理です。

酸化[バナジウム] (V₂O₃) を出発物質として用いることも可能です。この場合も、塩素ガスとの反応により VOCl₃ が生成されます。

3Cl₂ + V₂O₃ → 2VOCl₃ + 1/2O₂

実験室レベルでは、より穏やかな条件下で合成を行うために、[塩化チオニル]] (SOCl₂) を用いた酸化バナジウム] の[[塩素化が用いられます。

V₂O₅ + 3SOCl₂ → 2VOCl₃ + 3SO₂

反応

VOCl3 は空気中の水分と激しく反応し、加水分解を受けます。この反応では、V₂O₅ と HCl が生成されます。反応は非常に速く進行し、ビーカーの壁面に V₂O₅ が析出するのが観察できます。

2VOCl₃ + 3H₂O → V₂O₅ + 6HCl

また、アルコールと反応させると、対応するアルコキシドが生成します。この反応はトリエチルアミンなどの塩基の存在下で効率的に進行します。

VOCl₃ + 3ROH → VO(OR)₃ + 3HCl

(R = メチル基、フェニル基など)

VOCl3 は他の[バナジウム]]の塩化酸化物、例えば VOCl₂ の合成にも用いられます。また、特殊な反応条件下では、塩化二酸化[[バナジウム] (VO₂Cl) を生成することも可能です。しかし、VO₂Cl は不安定であり、高温では V₂O₅ と VOCl₃ に分解します。

錯体形成

VOCl3 は強いルイス酸として作用し、アセトニトリルやアミンなどの配位子と容易に錯体を作ります。この際、バナジウム原子の配位数は4 (四面体) から 6 (八面体) に変化します。例として、ジエチルアミンとの反応を示します。

VOCl₃ + 2H₂NEt → VOCl₃(H₂NEt)₂

用途

VOCl3 は、その強い酸化力と触媒活性から、様々な用途に用いられています。特に、エチレンプロピレンゴム (EPDM) の合成における触媒、あるいは前駆触媒として重要な役割を果たしています。

もう一度検索