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三氯氧磷的用途与制备
三氯氧磷(分子式:POCl3),也称作磷酰氯,室温下为无色液体。它在潮湿空气中发烟,水解为磷酸及具刺激性的盐酸液滴。工业上由三氯化磷与氧气或五氧化二磷反应制备,主要用作生产磷酸酯如磷酸三甲苯酯。
结构
三氯氧磷中的磷原子为四面体构型,含有三个P-Cl键及一个P=O双键,P=O键离解能大约为533.5kJ/mol日本花王。根据键长及电负性的数据,Schomaker-Stevenson规则认为下列共振式中双键型的贡献较多,但同族的POF3中,贡献较多的则是电荷分离型结构。P=O双键与酮中的羰基π键也不相似,以前教材中认为磷d轨道与氧的p轨道交盖,现在则大多认为P-O键中的π键与P-Cl键σ*反键轨道有关,并不考虑d轨道的作用。
制备
三氯氧磷可通过三氯化磷与氧气在20-50 °C反应制备(使用空气效率较低):
2 PCl3 + O2 → 2 O=PCl3
或抗氧剂生产厂家者利用五氯化磷与五氧化二磷的反应。但是反应物都为固态,反应效果不佳。用氯气氯化PCl3和P4O10的混合物,生成的PCl5同时再与P4O10反应,效果会好一些。产生的POCl3自身就可作反应溶剂:
6 PCl3 + 6 Cl2 → 6 PCl5
6 PCl5 + P4O10 → 10 POCl3
五氯化磷水解时也会产生POCl3,但副反应较多,反应不易控制。
用途
三氯氧磷最常用于生产三芳基磷酸酯(如磷酸三苯酯和磷酸三甲苯酯),它们可用作阻燃剂及聚氯乙烯的增塑剂。而三烷基磷酸酯如磷酸三丁酯(由1-丁醇通过类似反应制取)则是液液萃取的溶剂,用在核燃料后处理等工业中。
半导体工业中,也用POCl3作为扩散过程中磷的来源,以掺杂制取N型硅半导体。
实验室中用POCl3作为失水剂,将酰胺转化为腈。某些酰胺可通过Bischler-Napieralski反应环化,生成二氢异喹啉的衍生物:
若上述反应经由的R-C(=NH)-Cl(imidoyl chloride)中间体足够稳定,则反应可停留在此阶段。比如,POCl3可使吡啶酮与嘧啶酮转化为相应的氯代产物,是医药工业中的重要前体。140 °C时,三氯氧磷与巴比妥酸反应生成2,4,6-三氯嘧啶:
三氯氧磷存在下,活化的芳香环发生Vilsmeier-Haack反应,得到芳醛或芳酮。反应中的酰基化试剂常用DMF或N-苯基-N-甲基甲酰胺,中间产物亚胺盐很容易水解生成醛。例如,以蒽作反应物得到9-蒽甲醛:
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