四氟铵
四氟铵离子是一种带正电荷的多原子离子,化学式为NF4+。它是铵根离子中的氮原子周围的氢原子全部被氟原子所取代的产物。
四氟铵的母体分子为五氟化氮。
基本信息
- 中文名
四氟铵
- 外文名
tetrafluoroammonium
- 化学式
NF4+
- 分子量
90.00
- CAS登录号
暂无
存在形式
四氟铵的存在形式主要是一系列含氟阴离子的盐。这些例子包括氟氢根离子(HF2−),四氟合溴酸根离子(BrF4−),金属五氟化物阴离子(XF5−(X=Ge、Sn或Ti)),六氟化物阴离子(XF6−)(X=P、As、Sb、Bi或Pt),七氟化物阴离子(XF7−)(其中X是W、U或Xe),八氟化物阴离子(XeF82−), 许多种氟氧化物(XF5O-(X=W,U)、SO3F−(氟磺酸根)、BrF4O-)以及高氯酸根(ClO4−)。四氟铵的硝酸盐NF4NO3,也已获得。
结构
四氟铵离子的空间构型为正四面体,估计氮-氟键的键长为124pm。其中所有的氟原子都是等效的。
制备
四氟铵盐的制备方法是在强路易斯酸(作为氟离子的受体)存在的条件下,用氟氧化三氟化氮制得。Tolberg、Rewick、Stringham和Hill在1966年最早进行的制备实验使用五氟化锑作为路易斯酸:NF3+ F2+ SbF5→NF4SbF6
六氟砷酸盐也可以通过与五氟化砷的类似反应在120 °C时制备:NF3+ F2+ AsF5→ NF4AsF6
800 °C下三氟化氮与氟气和三氟化硼反应得到四氟硼酸盐:NF3+ F2+ BF3→ NF4BF4
NF4+盐也可以通过二氟化氪(KrF2)氟化NF3来制备,作为路易斯酸的是氟化物MFn(其中M是Sb、Nb、Pt、Ti或B)。 比如,NF3与KrF2和TiF4的反应生成[NF4]+2TiF62−:
2NF3+ 2KrF2+ TiF4→ [NF4]+2TiF62−+ 2Kr
反应
四氟铵盐具有强烈的吸湿性。NF4+离子很容易水解成三氟化氮、氟鎓离子H2F+和氧气:2 NF4++ 2 H2O → 2 NF3+ 2 H2F++ O2反应过程中也产生一些过氧化氢(H2O2)。
NF4SbF6与碱金属硝酸盐的反应产生硝酸氟(FONO2):NF4SbF6+ MNO3→ NF3+ FONO2+ MSbF6
应用
NF4+盐在使用固体燃料的NF3–F2气体发生器中是很重要的。四氟铵及其含烃基的衍生物在有机化学中也被用作芳香族化合物的亲电氟化试剂。
其他
有报告显示,四氟铵离子中氟离子带少量正电荷,水解时中间产物为次氟酸,因此四氟铵盐具有类似于氟和次氟酸的性质,可视为固体氟,四氟铵盐加热时可释放出氟。因此四氟铵盐能参与很多次氟酸能参与的反应,并且反应条件更加温和。
它参与的反应大致可分为几类:
烯烃环氧化
氟氧酸可与烯烃发生环氧化反应,反应通常很快,产率很高,与缺电子的对硝基二苯乙烯反应都能得到70%的产率;与带有双键的羧酸反应时,不需用酯来保护羧基,直接反应即可得到环氧化物,且产率很高;与肉桂酸反应时,虽然分子中双键与羧基相连,但生成环氧化物的产率仍超过90%。
羟基化
制取α-羟基羰基化合物
对α-羟基羰基化合物的研究一直吸引着有机化学家的兴趣。用氟氧酸作氧化剂氧化烯醇醚(通常为三甲硅基)制得α-羟基羰基化合物的方法,避免了其他方法残留的重金属废料,减少了对环境的污染。一般认为该反应中氟氧酸先对烯醇的双键进行环氧化,然后氟离子和水分子对环碳原子的亲核进攻,引入羟基,三元环打开。而后氟、羟基及硅基离去,恢复羰基,得到α-羟基羰基化合物。
氟氧酸在室温下与苯乙酮的三甲硅基烯醇醚反应时,反应在5-10分钟内完成,产物为α-羟基苯乙酮,产率高于90%。