سدیم تترا هیدروبورات

سدیم بورو هیدرید، یا سدیم تترا هیدرو بورات، ترکیبی معدنی با فرمولاسیون NaBH4 است. این جامد سفید رنگ معمولاً به صورت پودری بوده و به عنوان عامل کاهنده در کاربردهای شیمیایی در دو مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می‌شود. این ماده در ساخت خمیر چوب کاربرد دارد، ولی به دلیل هزینه­ ی بالای آن در صنعت چوب از آن استفاده نمی‌شود. این ترکیب در الکل‌­ها، در برخی از اترها و در آب حل می­ شود، اگرچه به آهستگی هیدرولیز می­ شود.

این ترکیب در دهه­ ی 1940 به وسیلهٔ ­ی  H. I. Schlesinger کشف شد.  H. I. Schlesinger به دنبال یافتن ترکیبات قرار اورانیوم بود. نتایج این تحقیق در سال 1953 از حالت محرمانه خارج شده و منتشر شد.

ویژگی­ها 

سدیم بورو هیدرید پودری میکرو کریستالی بی بو به رنگ سفید و یا خاکستری مایل به سفید است که از حالت توده ­ی آن تهیه می ­شود. این ماده با استفاده از کریستالیزاسیون دوباره از دیگلیم گرم در دمای 50 درجه­ ی سانتیگراد تخلیص می­ شود. سدیم بورو هیدرید در حلال­های پروتیک از قبیل الکل و آب قابل حل است. ترکیب سدیم بوروهیدرید با این حلال­های پروتیک باعث تولید مولکول هیدروژن می­ شود، اگرچه این واکنش­ها به نسبت آرام است. تجزیه ­ی کامل محلول متانول نزدیک به 90 دقیقه در دمای بیست درجه­ ی سانتیگراد طول می­کشد. این ترکیب در محلول­های آبی خنثی و یا اسیدی تجزیه می­ شود، اما در pH=14 پایدار است.

ساختار 

سدیم بوروهیدرید یک ترکیب نمکی است که ار آنیون‌های تتراهدرال -BH4 تشکیل شده‌است. این ماده­ ی جامد به سه شکل α، β و ɤ یافت می­شود. پایدارترین فرم آن در دما و فشار اتاق فرم آلفای آن است. فرم آلفای این ترکیب مکعبی بوده و به عنوان ساختار نوع NaCl شناخته می­شود و در گروه فضایی Fm3m قرار می­ گیرد. در فشار GPa 3/6 ساختار آن به فرم تتراگونال (فرم بتا در گروه فضایی P421c) و در فشار GPa 9/8 به فرم اورتو رومبیک ( فرم گاما در گروه فضایی Pnma) تبدیل می­شود.

سنتز و نگه­داری 

جهت سنتز تجاری سدیم بوروهیدرید از دو روش براوون-اشلسینگر (Brown-Schlesinger) و بایر (Bayer) استفاده می­ شود. در روش براوون-اشلسینگر سدیم بوروهیدرید در مقیاس صنعتی تهیه با روش ابتدایی اشلسینگر تهیه می­ شود. در این روش سدیم هیدرید که از واکنش سدیم با مولکول­های هیدروژن به دست می­ آید با تری متیل بورات در دمای بین 250 تا 270 درجه­ ی سانتیگراد واکنش می‌دهد.

B(OCH3)3 + 4 NaH → NaBH4 + 3 NaOCH3

با تولید میلیون­ها کیلوگرم از این ماده، سطح تولید آن در جهان از هر نوع مواد کاهنده­ ی هیدریدی بیشتر است. همچنین از برهمکنش NaH بر سطح شیشه­ ی بوروسیلیکات به دست می­ آید.

در فرایند بایر سدیم بوروهیدرید از برهمکنش بوراکس، سدیم، هیدروژن، سیلیسیم اکسید در دمای 700 درجه­ی سانتیگراد سنتز می­شود:

Na2B4O7 + 16 Na + 8 H2 + 7 SiO2 → 4 NaBH4 + 7 Na2SiO3

اخیراً تلاش­هایی در جهت اصلاح روش بایر در جهت جایگزینی ماده ­ی کاهنده­ ی سدیم با منیزیم صورت گرفته‌است. دو روشی که در ادامه آورده شده­ اند به عنوان روش­هایی در جهت اصلاح روش بایر ارائه شده ­اند. اما برای هر دو مورد هنوز مشکل بازدهی بالا و واکنش سریع حل نشده‌است:

8MgH2 + Na2B4O7 + Na2CO3 → 4 NaBH4 + 8 MgO + CO2

و

2MgH2 + NaBO2 → NaBH4 + 2 MgO

واکنش پذیری 

سدیم بورو هیدرید باعث کاهش بسیاری ار ترکیبات آلی می­شود. از این ترکیب بیشتر در تبدیل کتون­ها و آلدهیدها به الکل استفاده می­ شود. این ترکیب به‌طور مؤثر آسیل کلرایدها، انیدریدها، آلفا هیدروکسی لاکتون­ها، تیواسترها و ایمین‌ها را در دمای اتاق یا دمای پایینتر کاهش م ی­دهد. این ماده استرها را به آهستگی و با بازدهی کم در حضور مقدار زیادی از ماده و یا دمای بالا کاهش می ­دهد، در حالی که قادر به احیای کربوکسیلیک اسیدها و آمیدها نمی ­باشد. این ماده با تولید گاز هیدروژن و تشکیل نمک بورات با آب و الکل مخصوصاً در pHهای اسیدی واکنش می­ دهد.

اغلب از یک الکل معمولاً متانول و یا اتانول به عنوان حلال برای سدیم بوروهیدرید در احیای آلدهیدها و کتون­ها استفاده می­ شود.

شیمی کئوردیناسیون 

BH-4 یک لیگاند برای یونهای فلزی است. کمپلکس فلزات با بوروهیدرید از واکنش سدیم بوروهیدرید با هالیدهای فلزی به دست می­ آید. یک مثال تشکیل کمپلکس تیانوسن است.

2 C (5H5)2TiCl2 + 4 NaBH4 → 2 (C5H5)2TiBH4 + 4 NaCl + B2H6 + H2

کاربردها

کاربرد اصلی سدیم بوروهیدرید تولید سدیم دی تیونید از دی اکسید سولفور است. سدیم دی تیونید به عنوان سفیدکننده در تولید خمیر چوب و در صنعت رنگ سازی استفاده می­شود.

همانطور که قبلاً اشاره شد سدیم بورو هیدرید آلدهیدها و کتون­ها را به الکل­ها ایا می­کند. از این واکنش برای تولید آنتی­‌بیوتیک­های مختلف از جمله کلرامفنیکول، دی هیدرواسترپتومایسین و تیوفنیکول استفاده می­شود. ویتامین A و استروئیدهای مختلف با استفاده از سدیم بوروهیدرید در یک مرحله سنتز می­شوند.

از سدیم بوروهیدرید در تهیهٔ نانو ذرات طلا به عنوان احیاکننده استفاده می­شود.

سدیم بوروهیدرید به عنوان یک گزینهٔ حالت جامد برای ذخیره­ هیدروژن در نظر گرفته می­شود. اگرچه دما و فشار عملی رأی ذخیره‌­سازی هیدروژن به دست آورده نشده‌­اند، در سال 2012 نانو ساختار هسته-پوسته از سدیم بوروهیدرید برای ذخیره‌سازی، رهایش و بازجذب هیدروژن تحت شرایط معتدل با موفقیت استفاده شد.

سدیم بوروهیدرید به عنوان عامل احیاکننده در فرایند تثبیت در کتاب و مدارک قدیمی استفاده میشود.

ایمنی 

سدیم بوروهیدرید منبع نمک­های بورات است و می‌تواند خورنده باشد، و یا منبع نمک­های هیدروژن یا دی بوران است که هر دو قابل اشتعال می­باشند. اشتعال خود به خود می­تواند از انحلال سدیم بوروهیدرید در دی متیل فرم آمید ناشی شود.

بوروهیدریدها
ترکیب‌های سدیم
عوامل کاهنده