Natri Cyanoborohydrualà một hợp chất hữu cơ có thể được sử dụng để khử các hợp chất acyl và các hợp chất hữu cơ khác, vì vậy nó là một trong những chất khử thường được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ. Sau đây là hai con đường tổng hợp phổ biến của Natri Cyanoborohydride:
1. Phản ứng của natri xyanua và natri bohiđrua
Natri xyanua và natri borohydride trước tiên được trộn lẫn và phản ứng ở nhiệt độ phòng. Natri Cyanoborohydride và hydro được tạo ra trong phản ứng:
NaCN cộng với NaBH4→ NaBH3CN cộng với H2
Sau phản ứng, Natri Cyanoborohydride thu được có thể thu được bằng cách lọc và sấy khô trong chân không để thu được sản phẩm tinh khiết.
Các bước chi tiết của phản ứng như sau:
(1) Trong môi trường khô, trộn natri xyanua và natri bohiđrua theo tỷ lệ mol 1:1 và thêm hỗn hợp này vào metanol khan khô.
(2) Thêm hỗn hợp metanol vào bình phản ứng và đun nóng đến nhiệt độ phản ứng bằng cách khuấy. Thông thường, nhiệt độ phản ứng là 0-5 độ , có thể kiểm soát được bằng bể muối đá.
(3) Thêm từ từ từng giọt một lượng nước thích hợp vào hỗn hợp phản ứng để thúc đẩy phản ứng. Trong quá trình phản ứng, metanol phân hủy thành formaldehyde và khí hydro, trong khi natri xyanua và natri borohydride phản ứng tạo thành NaBH3CN.
(4) Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp phản ứng được lọc để loại bỏ chất rắn còn lại, sau đó rửa sản phẩm bằng nước hoặc metanol.
2. Phản ứng của natri xyanua và bo triclorua
Natri xyanua và bo triclorua đầu tiên được trộn lẫn và phản ứng ở nhiệt độ phòng. Phản ứng tạo ra xyanua và hydro, đồng thời tạo thành borocyanua natri triclorua trung gian (NaCN·BCl3). Sau đó, axit sulfuric được thêm vào, chất trung gian được thủy phân và làm khô trong chân không để tạo ra Natri Cyanoborohydride:
NaCN cộng với BCl3→ NaCN BCl3
NaCN BCl3cộng H2O cộng với H2VÌ THẾ4→ NaBH3CN cộng với H3BO3cộng với NaHSO4
Quá trình phản ứng diễn ra tương đối đơn giản, các bước thực hiện như sau:
(1) Trộn natri xyanua và bo triclorua theo tỷ lệ mol 1:1, đồng thời thêm một lượng vừa đủ axetonitril, DMF hoặc DMSO và các dung môi hữu cơ khác.
(2) Cho từ từ axit loãng (như HCl hoặc H2VÌ THẾ4) vào hỗn hợp phản ứng khi khuấy, và có thể quan sát thấy rằng hỗn hợp biến thành huyền phù màu trắng trong quá trình phản ứng.
(3) Phản ứng thường được thực hiện ở nhiệt độ phòng và có thể sử dụng nước làm mát hoặc nước đá để duy trì nhiệt độ phản ứng và phản ứng thường kéo dài 2-4 giờ.
(4) Sau khi phản ứng kết thúc, pha loãng hỗn hợp phản ứng bằng nước, sau đó rửa sản phẩm bằng dung dịch muối vô cơ (chẳng hạn như dung dịch natri axetat), cuối cùng rửa bằng etanol.
(5) Sấy khô sản phẩm đã rửa để thu được NaBH có độ tinh khiết cao3CN.
Cả hai phương pháp trên đều điều chế được Natri Cyanoborohydride nhưng phương pháp thứ nhất tiện lợi hơn nên thường dùng trong phòng thí nghiệm hơn
Dưới đây là một số phương pháp tổng hợp khác để tổng hợp Natri cyanoborohydride:
1. Phương pháp Bo triclorua:
Sau khi trộn natri borat và axit hydrocyanic, bo triclorua được thêm vào và đun nóng để thu được NaBH3CN.
Tiến hành như sau:
(1) Trong môi trường khô ráo, trộn bo triclorua và metanol theo tỷ lệ mol 1:1.
(2) Từ từ thêm axit hydrocyanic trong điều kiện khuấy và hỗn hợp phản ứng sẽ tạo ra bo xyanua. Trong quá trình phản ứng quan sát thấy hỗn hợp chuyển từ màu đỏ sẫm sang màu da cam rồi đến màu vàng nhạt.
(3) Thêm natri xyanua và một lượng metanol vừa đủ, tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng. Trong bước này, boron xyanua phản ứng với natri xyanua để tạo thành NaBH3CN và NaCl.
(4) Sau khi phản ứng kết thúc, lọc hỗn hợp sau phản ứng để loại bỏ chất rắn còn lại. Sản phẩm sau đó được rửa bằng nước hoặc metanol.
(5) Cuối cùng, sản phẩm đã rửa được sấy khô để thu được NaBH có độ tinh khiết cao3CN.
2. Phương pháp Formaldehyt:
Sau khi trộn formaldehyd và axit hydrocyanic, natri hydroxit được thêm vào dưới tác dụng của kiềm để thu được NaBH3CN.
Các bước cụ thể như sau:
(1) Trộn formaldehyde và natri xyanua theo tỷ lệ mol 2:1, đồng thời thêm một lượng vừa đủ acetonitril, DMF hoặc DMSO và các dung môi hữu cơ khác.
(2) Từ từ thêm boron xyanua khi khuấy, lượng boron xyanua thường gấp 1.2-1.5 lần so với formaldehyde và có thể được pha loãng với các dung môi hữu cơ như acetonitril, DMF hoặc DMSO.
(3) Sau khi thêm bo xianua, tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng. Phản ứng thường được thực hiện ở nhiệt độ phòng và độ pH cần được kiểm soát ở mức trung tính. Thời gian phản ứng thường là vài giờ.
(4) Sau phản ứng, hỗn hợp phản ứng có thể được pha loãng bằng nước và sản phẩm được rửa bằng dung dịch muối vô cơ (chẳng hạn như dung dịch natri axetat), và cuối cùng được rửa bằng etanol.
(5) Sấy khô sản phẩm đã rửa để thu được NaBH có độ tinh khiết cao3CN.
3. Phương pháp acrylonitril:
Sau khi trộn acrylonitrile và axit hydrocyanic, natri hydroxit và axit boric được thêm vào để thu được NaBH3CN.
Các bước cụ thể như sau:
(1) Trộn acrylonitril và natri xyanua theo tỷ lệ mol 1:1,5 và thêm một lượng vừa đủ dung môi hữu cơ như metanol hoặc axetonitril.
(2) Từ từ thêm boron xyanua khi khuấy, thông thường lượng boron xyanua là 1.2-1.5 lần so với acrylonitrile và có thể pha loãng bằng dung môi hữu cơ.
(3) Sau khi thêm bo xianua, tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng. Nhiệt độ phản ứng thường ở nhiệt độ phòng và thời gian phản ứng thường là vài giờ.
(4) Sau phản ứng, hỗn hợp phản ứng có thể được pha loãng bằng nước và sản phẩm được rửa bằng dung dịch muối vô cơ (chẳng hạn như dung dịch natri axetat), và cuối cùng được rửa bằng etanol.
(5) Sấy khô sản phẩm đã rửa để thu được NaBH có độ tinh khiết cao3CN.
4. Phương pháp natri hydrocyanat:
Sau khi trộn natri hydrocyanat và natri hydroxit, thêm natri borohydride và đun nóng đến 60 độ để thu được NaBH3CN.
Các bước cụ thể như sau:
(1) Trộn natri xyanua và natri hydrocyanat theo tỷ lệ mol 2:1 và thêm đủ nước.
(2) Thêm từ từ natri hydroxit trong khi khuấy cho đến khi giá trị pH của dung dịch đạt 10-11.
(3) Tiếp theo, thêm từ từ axit hydrocyanic để kiểm soát giá trị pH ở khoảng 7-8, thường yêu cầu khuấy và đun nóng liên tục (khoảng 60 độ ).
(4) Trong điều kiện khuấy và đun nóng, thêm boron xyanua từ từ vào, lượng boron xyanua thường là 1.2-1.5 lần so với axit hydrocyanic và có thể pha loãng với nước.
(5) Sau phản ứng, sản phẩm có thể được rửa bằng dung dịch muối vô cơ (chẳng hạn như dung dịch natri axetat), và cuối cùng được rửa bằng etanol.
(6) Sấy khô sản phẩm đã rửa để thu được NaBH có độ tinh khiết cao3CN.
Trong số các phương pháp tổng hợp khác này, phương pháp boron triclorua là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất. Các phương pháp khác cũng có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm, nhưng cần phải chọn phương pháp sản xuất phù hợp nhất theo môi trường thí nghiệm và nhu cầu của chính mình.