氯化鋁

氯化鋁
IUPAC名
Aluminium(III) chloride
別名 三氯化鋁
識別
CAS號 7446-70-0
性質
化學式 AlCl3
摩爾質量 (無水)
133.34 g mol−1
(含結晶水)
241.432 g·mol⁻¹
外觀 潮解的黃色或白色固體
密度 2.48
熔點 190 °C (463 K
2.5 大氣壓)
沸點 178 °C (451 K) (昇華)
溶解性( 43.9 g/100 ml (0°C)
44.9 g/100 ml (10°C)
45.8 g/100 ml (20°C)
46.6 g/100 ml (30°C)
47.3 g/100 ml (40°C)
48.1 g/100 ml (60°C)
48.6 g/100 ml (80°C)
49 g/100 ml (100°C)
結構
晶體結構 6配位層狀晶格
配位幾何 八面體(固體), 四面體(液體)
分子構型 平面三角形(單分子蒸氣)
危險性
歐盟危險性符號
腐蝕性腐蝕性 C
警示術語 R:R34
安全術語 S:S1/2-S7/8-S28-S45
相關物質
其他陰離子 氟化鋁溴化鋁碘化鋁
其他陽離子 氯化硼,氯化鎵,氯化銦,氯化鉈,氯化鎂
相關路易斯酸 氯化鐵,氟化硼
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

氯化鋁,或三氯化鋁,化學式為AlCl3,是化合物。氯化鋁熔點沸點都很低,且會昇華,為有離子性的共價化合物。熔化的氯化鋁不易導電[1],和大多數含鹵素離子的鹽類(如氯化鈉)不同。

AlCl3採取「YCl3」結構,為Al3+立方最密堆積層狀結構,[2] 而AlBr3中Al3+卻占Br最密堆積框架的相鄰四面體間隙。熔融時AlCl3生成可揮發的二聚體Al2Cl6,含有兩個三中心四電子氯橋鍵,更高溫度下Al2Cl6二聚體則離解生成平面三角形AlCl3,與BF3結構類似。

氯化鋁的三種結構


氯化鋁是很常用的路易斯酸。在化學工業,它常是傅-克反應催化劑。它亦用於聚合異構化反應中。

鋁亦可以生成一氯化鋁(AlCl),但這種化合物很不穩定,只能以氣態的形式出現。

工業上,它經鋁土礦加工,由鋁和氯之間的放熱反應所製。

化學性質

氯化鋁是強路易斯酸, 可和路易斯鹼作用產生化合物,甚至也可和二苯甲酮和均三甲苯之類的弱路易斯鹼作用。[3] 若有氯離子存在,氯化鋁會生成(四)氯鋁酸根離子AlCl4

AlCl3(aq) + Cl(aq) AlCl4(aq)

在水中,氯化鋁會部分水解,形成氯化氫氣體或H3O+離子。其水溶液和其他含鋁物質的溶液相同,含有水合鋁離子,跟適當份量的氫氧化鈉反應可生成氫氧化鋁沉澱[4]

AlCl3(aq) + 3 NaOH(aq) → Al(OH)3(s) + 3NaCl(aq)
AlCl3(aq) + 3 H2O → AlO2-+ 3HCl + H3O+

用途

氯化鋁主要用在傅-克反應[3] 中,例如以光氣為原料製備蒽醌,應用於染整工業中。[1] 在廣義的傅-克反應中,醯氯或鹵代烷和芳香族物質的反應式如下:[3]

AlCl3 FriedelCrafts.gif 

苯及其衍生物在發生上述反應時,主產物是對位的異構物。相比較下,烷基化反應涉及的問題較多,不如醯基化反應應用廣泛。無論是哪種反應,氯化鋁和其他原料和儀器都必須是中等乾燥的,少量的水有助於反應進行。

由於氯化鋁可與反應產物配位,因此應用在傅克反應時,它的用量必須與反應物相同,而非「催化量」。反應後的氯化鋁很難回收,會產生大量的腐蝕性廢料。為了達到綠色化學的要求,化學家開始使用三氟化釔或三氟化鏑來替代氯化鋁,減少污染。

氯化鋁也常用來將醛基加在苯環上,如加特曼-科赫反應用一氧化碳氯化氫氯化鋁氯化亞銅為催化劑[5]

AlCl3 formylation.gif 

氯化鋁在有機化學中有很廣泛的應用。[6] 它可以催化Ene反應,比如3-丁烯-2-酮(甲基乙烯基甲酮)與香芹酮加成:[7]

AlCl3 ene rxn.gif 

AlCl3也常用在烴類聚合反應和異構化反應中,重要的例子包括[1] 工業上乙苯的生產。乙苯可用於進一步製備苯乙烯聚苯乙烯以及用作清潔劑的十二烷基苯。

芳烴存在下,氯化鋁與鋁混合可用於合成二(芳烴)金屬配合物。例如,二苯鉻就是通過特定金屬鹵化物經由Fischer-Hafner合成製備的。

低濃度的鹼式氯化鋁常是防汗藥的成分之一,而多汗症患者在使用時濃度會高些(12%或更高)。

注意事項

無水氯化鋁會和劇烈反應,因此需妥善處理。含結晶水的氯化鋁較無此問題。

如果吸入無水氯化鋁或接觸眼睛和皮膚會造成刺激。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
  2. ^ A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Oxford Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 G. A. Olah (ed.), Friedel-Crafts and Related Reactions, Vol. 1, Interscience, New York, 1963.
  4. ^ 氯化鋁字典-Guidechem.com
  5. ^ L. G. Wade, Organic Chemistry, 5th edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, United States, 2003.
  6. ^ P. Galatsis, in: Handbook of Reagents for Organic Synthesis: Acidic and Basic Reagents, (H. J. Reich, J. H. Rigby, eds.), pp12-15, Wiley, New York, 1999.
  7. ^ B. B. Snider, Accounts of Chemical Research 13, 426 (1980).