pdf-Protokoll (Scan) - ChidS

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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Gliederung
1.
2 .
3 .
3 . 1 .
3.2.
3.3.
3.3.1.
3.3.2.
Einleitung
Elementares Bor
Borverbindungen
Borane - Diboran
Borhalogenide - Bortrifluorid
Oxoverbindungen
Borsäure
Perborat
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3. Borverbindungen
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Die Borverbindungen lassen sich in fünf Verbindungsklassen
aufteilen, von denen jede .i.h r e eigene chemische Systematik
besitzt; darüber hinaus zeigt jede Verbindungsklasse eigenstän­
dige Strukturen und chemische Reaktionen.
3.1. Borane - Diboran
Aufgrund der Stellung des Bors im Periodensystem, nämlich
links vom Kohlenstoff, erwartete man eine Wasserstoffverbin­
dung der Zusammensetzung BH 3. Bis zur Jahrhundertwende aber
war Bor das einzige Nichtmetall, von dem keine gesicherte
Formel einer Wasserstoffverbindung bekannt war. Alfred
Stock konnte jedoch in seinen grundlegenden Arbeiten über
Borane (1909 - 1916) keine Borwasserstoffverbindung der Zu­
sammensetzung BH 3 nachweisen. Die Darstellung der Borane
habe ich in meinem ersten Versuch demonstriert.
Versuch 1: Darstellung von Boranen
Geräte: Dreihalskolben, Tropftrichter, gewinkelte Glas-
röhren
Chemikalien: "Mg 3B2", H 3P04 (w = 0,3)
In den Dreihalskolben gibt man ungefähr 5 g Magnesiumborid,
das man durch Zusammenschmelzen von Magnesium und Boroxid
erhält. In die mittlere Bffnung des Kolbens steckt man den
Tropftrichter, in die eine seitliche ein rechtwinklig gebo­
genes Rohr mit einer Düse am Ende. An das andere Rohr schließt
man eine H 2-Bombe an und durchspült die Apparatur solange
damit, bis die Knallgasprobe negativ ausfällt. In den Tropf­
trichter gibt man 100 ml H 3P04 und läßt diese zutropfen.
Beobachtung: Es setzt sofort eine Gasentwicklung ein. Die
H 2-Flamme, die vorher farblos brannte, färbt
sich nun grün und wird auch größer.
Deutung: Formal: Mg 3B2 + 2 H 3P04 --> B 2H 6 + M9 3(P04)2
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B 2H 6 + 3 02 --> B 20 3 + 3 H 20
L1 * -ß
B 20 3(g) --) B 20 3(g) --) B 20 3(g)
Grundzu- angeregter Grundzustand
Zustand stand

3.3.
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Deutung: B(OCH +
3)3
3 H
20
--) B(OH)3 + 3 CH
30H
B(OH)3 + 4 F --) BF +
4
4 OH
Die entstandenen OH--Ionen fällen sofort Braun­
stein und Silber aus:
Mn 2+ + 2 Ag+ + 4 OH --> Mn0
2
Der Niederschlag wird ebenfalls KBF
4
enthalten,
+ 2 Ag + 2 H 2 0
dieses Salz ist mit KCI0 4 isomorph und schwerlös­
lich.
Die wichtigste Verwendungsmöglichkeit von Bortrifluorid ist
als Lewis-Säure. In organischen Synthesen wird es vielfach
als Katalysator benutzt, um HF in ungesättigte organische
Verbindungen einzuführen. In Versuch 3 wurde BF 3 jedoch
als Reagenz benutzt. Gearbeitet wird mit Bortrifluoriddi­
ethyletherat, da es einfacher zu handhaben ist als das Gas
Bortrifluorid.
Versuch 3: BF 3 als Lewis-Säure
Geräte: 250 ml Zweihalskolben, Tropftrichter mit Druckaus­
gleich
Chemikalien: BF 3·O(Et)2' 2,6- Dimethylpyran-4-on, Chloro-
form
Zu einer Lösung von 1,24 g 2,6-Dimethyl-pyran-4-on ,in 50 ml
Chloroform tropft man langsam 15 ml Bortrifluoridetherat.
Das Etherat ist vor Verwendung zu destillieren (Kp = 124°C).
Beobachtung: Es fällt ein weißer Festkörper aus.
Deutung: BF 3 ist wegen seines elektrophilen Zentrums eine
harte Säure und reagiert daher mit harten Basen,
in diesem Fall mit 2,6-Dimethylpyran-4-on (s. Fo­
lie 9).
Oxoverbindungen
Die Oxoverbindungen zählen zu den wichtigsten Borverbindun­
gen überhaupt, stellen sie doch nahezu alle natürlich vor­
kommenden Formen des Elementes.
3.3.1. Borsäure
Borsäure kommt in freiem Zustand in den Wasserdampfquellen
der Toskana vor. Heute gewinnt man sie jedoch überwiegend
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Gibt man zur alkalischen Lösung die Mannit­
Lösung hinzu,' schlägt der Indikator nach Gelb
um.
Deutung: Bromthymolblau schlägt von Gelb (saurer Bereich)
nach Blau (alkalisches Milieu) um. Grün ist eine
Mischfarbe. Die Mannitoborsäure ist also stärker
sauer als die Borsäure.
Versuch 4b: Sterische Untersuchung der Veresterung
Geräte: 5 Reagenzgläser, Pipetten
Chemikalien: Borsäure, Natriumhydroxid, Ethylenglycol, .Gly-
cerin, Bromthymolblau
Eine wäßrige Borsäurelösung (c = 0,025 mol"I-1) verteilt
man auf drei Reagenzgläser und versetzt die Lösungen mit
2 bis 3 Tropfen Bromthymolblau und so viel NaOH (c = 0,1 mol"I-1),
daß der Indikator nach Blau umschlägt. Zu einem Reagenzglas
gibt man 0,05 mol Glycerin, zu einem anderen 0,05 mol
Ethylenglycol.
Beobachtung: Nach Zugabe des Glycerins schlägt der Indikator
von Blau nach Gelb um, nach Zugabe des Glycols
von Blau nach Grün.
Deutung: Die Veresterung mit mehrwertigen Alkoholen ist an
sterische Gründe gebunden. ]ie zwei OH-Gruppen des
Glycols (Ethan-l,2-diol) werden sich soweit wie
möglich abstoßen, so daß sie in trans-Stellung
liegen und von der Borsäure nicht verestert werden
können. Beim Glycerin (Propan-l,2,3-triol) ist im
Mittel die Wahrscheinlichkeit dagegen höher, daß
zwei OH-Gruppen sterisch günstig (cis-Stellung)
orientiert sind, bei den sechs OH-Gruppen des
Mannits (Hexan-l,2,3,4,5,6-hexol) ist die Wahr­
scheinlichkeit noch höher.
Diese Eigenschaft der Borsäure nur sterisch günstig orien­
tierte OH-Gruppen zu verestern, kann man sich nun bei der
Konfigurationsbestimmung der OH-Gruppen bei Zuckern zu
Nutze machen.
Versuch 5: Konfigurationsbestimmung an Zuckern
Geräte: 5 Reagenzgläser, Spannungsquelle, Amperemeter, Leit­
fähigkeitsprüfer, Kabel
Chemikalien: O(-D-Glucose, Borsäure
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Rosocyanin (s. Folie 16). Erst durch Benetzung mit
NaOH (Deprotonierung) wird der Nachweis eindeutig.
Die Salze der Borsäure, die Borate leiten sich zum größten
Teil weder von der Borsäure noch von der Metaborsäure, son­
dern von anderen wasserärmeren Formen ab, die man als freie
Säuren nicht hat nachweisen könnnen. Das Anion des Borax'
hat die stöchiometrische Zusammensetzung [B 4 0 5 ( OH) 412- .
Neben vierwertigen liegen auch dreiwertige Boratome vor, das
Anion reagiert also als Lewis-Säure. Die Eigenschaft des
Tetraborats, Metalloxide unter Bildung charakteristisch ge­
färbter Borate aufzulösen, wird in der analytischen Chemie
zum Nachweis von Metalloxiden benutzt (Boraxperle) . Auch
beim Löten benutzt man diese Eigenschaft des Borax', um blan­
ke Metalloberflächen zu schaffen.
Versuch 7: Löten mit Borax
Geräte: Bunsenbrenner, Tiegelzange
Chemikalien: Borax, Kupferblech
Zunächst erzeugt man auf dem Kupferblech eine Oxidschicht,
streut dann Borax auf das Kupferblech und erhitzt das Blech
in der Brennerflamme bis zum Schmelzen des Borax.
Beobachtung: Das Kupferblech wird beim Erhitzen von Kupfer-
(II)-oxid befreit.
Deutung: Borax reagiert mit Kupfer-(II)-oxid unter Bildung
3.3.2. Perborat
von Metaborat, das sich zusammen mit Natriumhydroxid
in der Schmelze befindet.
Na 2.B407 · 10 H20
Lewls-
Säure
+ 2 Cu O. -) 2 Cu ( B0 2 ) 2 + 2 Na0H + 9 H2 0
Lewls-
Base
Natriumperborat stellt man durch Zugabe von Wasserstoffper-
oxid zu einer äquimolaren Borsäure-Natronlauge-Mischung dar.
Welche Struktur den Perboraten zukommt, ob echte Peroxo­
verbindungen oder H 20 2-Additionsprodukte, war lange Zeit nicht
geklärt. Aus der neueren Literatur geht inzwischen eindeu-
tig hervor, daß das Natriumperborat eine echte Peroxover­
bindung ist. In der Kristallstruktur sind zwei [B 2 (02 ) 2 ( OH) 41 2- ­
Einheiten durch zwei Peroxogruppen verknüpft.
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Organikum
Süß-Fink, Georg
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Organisch-chemisches Grundpraktikum,
16. Aufl., Berlin 1986
Vom Enfant Terrible zum Musterknaben:
Die Borane, in: Chemie in
unserer Zeit, 1986, Heft 3,
S. 90 ff.

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