アジ化水素酸

アジ化水素酸
名前
	IUPAC名アジ化水素
	その他の名前アジ化水素; アゾイミド; アジ酸
識別子
CAS番号	7782-79-8 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像; インタラクティブ画像;
チェビ	チェビ:29449 ;
チェムBL	チェルノブイリ原子力発電所 ;
ケムスパイダー	22937 ;
ECHA 情報カード	100.029.059
EC番号	231-965-8;
グメリン参照	773
パブケム CID	24530;
ユニ	6P5C4D5D7I ;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID20884425;
	InChI InChI=1S/HN3/c1-3-2/h1H キー: JUINSXZKUKVTMD-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/HN3/c1-3-2/h1H キー: JUINSXZKUKVTMD-UHFFFAOYAO;
	笑顔 [N-]=[N+]=N; N#[N+][NH];
プロパティ
化学式	HN3 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 31 32 33 34 36 38 39 41 52 53 64 75 86 97 98 99 109 110 120 130 140 151
モル質量	43.029 グラムモル−1
外観	無色で揮発性の高い液体
密度	1.09グラム/ cm3
融点	−80 °C (−112 °F; 193 K)
沸点	37 °C (99 °F; 310 K)
水への溶解度	非常に溶解性が高い
溶解度	アルカリ、アルコール、エーテルに溶ける
酸性度（p Ka）	4.6
共役塩基	アジド
構造
分子の形状	ほぼ直線
危険
	労働安全衛生（OHS/OSH）：
主な危険	非常に有毒、爆発性、反応性がある
	GHSラベル:
ピクトグラム
シグナルワード	危険
危険有害性情報	H200、H319、H335、H370
注意事項	P201、P202、P260、P261、P264、P270、P271、P280、P281、P304+P340、P305+P351+P338、P307+P311、P312、P321、P337+P313、P372、P373、P380、P401、P403+P233、P405、P501
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	4 0 3
関連化合物
その他の陽イオン	アジ化ナトリウム; アジ化リチウム; アジ化カリウム
関連する窒素水素化物	アンモニア; ヒドラジン
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

アジ化水素酸は、アジ化水素、アジ酸、アゾイミドとも呼ばれ、^[2]化学式HN ₃の化合物です。^[3]常温常圧では無色で揮発性があり爆発性のある液体です。窒素と水素の化合物であるため、窒素原子水素化物です。アジ化水素酸の窒素原子の酸化状態は分数であり、-1/3 です。^{[要出典] 1890年に}テオドール・クルティウスによって初めて単離されました。^[4]この酸の用途はほとんどありませんが、その共役塩基であるアジドイオンは特殊なプロセスで役立ちます。

アジ化水素酸は、他の鉱酸と同様に水に溶けます。希釈されていないアジ化水素酸は、標準生成エンタルピーΔ _f H ^o (l, 298K) = +264 kJ/molで、危険な爆発性があります^{[5] 。}^[6]希釈すると、ガスと水溶液 (<10%) を安全に調製できますが、すぐに使用する必要があります。アジ化水素酸は沸点が低いため、蒸発と凝縮により濃縮され、爆発しない希釈溶液が容器または反応器のヘッドスペースで爆発する可能性のある液滴を形成する可能性があります。^[7]^[8]

生産

この酸は通常、アジ化ナトリウムのようなアジ化塩の酸性化によって形成される。通常、アジ化ナトリウム水溶液には、アジ化塩と平衡状態にある微量のアジ化水素酸が含まれているが、より強い酸を導入すると、溶液中の主な種がアジ化水素酸に変換される可能性がある。その後、分留によって純粋な酸が得られ、非常に爆発性が高く、不快な臭いのある無色の液体となる。^[2]

NaN ₃ + HCl → HN ₃ + NaCl

その水溶液は、バリウムアジド溶液を希硫酸で処理し、不溶性の硫酸バリウムを濾過することによっても調製できる。^[9]

もともとはヒドラジン水溶液と亜硝酸の反応によって製造されました。

N ₂ H ₄ + HNO ₂ → HN ₃ + 2 H ₂ O

ヒドラジニウム陽イオン[N ₂ H ₅ ] ⁺の場合、この反応は次のように表されます。

[N ₂ H ₅ ] ⁺ + HNO ₂ → HN ₃ + H ₂ O + [H ₃ O] ⁺

過酸化水素、塩化ニトロシル、トリクロロアミン、硝酸などの他の酸化剤もヒドラジンからヒドラゾ酸を生成するのに使用できます。[ ^10]

廃棄前の破壊

アジ化水素酸は亜硝酸と反応します。

HN ₃ + HNO ₂ → N ₂ O + N ₂ + H ₂ O

この反応は、4つの異なる酸化状態の窒素化合物が関与するという点で珍しい。^[11]

反応

アジ化水素酸は、鉛、銀、水銀(I)の塩を形成するため、その性質はハロゲン酸と類似している。金属塩はすべて無水物として結晶化し、加熱により分解して、純粋な金属の残留物を残す。^[2]アジ化水素酸は弱酸である(p Ka = 4.75)。^[6]アジ化_水素酸の重金属塩は爆発性があり、アルキルヨウ化物と容易に相互作用する。より重いアルカリ金属(リチウムを除く)やアルカリ土類金属のアジ化物は爆発性はないが、加熱によりより制御された方法で分解し、分光学的に純粋なN ₂ガスを放出する。^[12]アジ化水素酸の溶液は、多くの金属(亜鉛、鉄など)を溶解して水素を放出し、アジ化物(以前はアゾイミドまたはヒドラゾエートとも呼ばれた)と呼ばれる塩を形成する。

アジ化水素酸は、アルデヒド、ケトン、カルボン酸などのカルボニル誘導体と反応して、窒素を放出しながらアミンまたはアミドを生成します。これはシュミット反応またはシュミット転位と呼ばれます。

最も強い酸に溶解すると、アミノジアゾニウムイオン[H ₂ N=N=N] ⁺ ⇌ [H ₂ N−N≡N] ⁺を含む爆発性の塩が生成される。例: ^[12]

HN=N=N + H[SbCl ₆ ] → [H ₂ N=N=N] ⁺ [SbCl ₆ ] ⁻

イオン[H ₂ N=N=N] ^+はジアゾメタンH ₂ C=N ⁺ =N ⁻と等電子的である。

衝撃、摩擦、火花などによって引き起こされるアジ化水素酸の分解により、窒素と水素が生成されます。

2 HN ₃ → H ₂ + 3 N ₂

アジ化水素酸は十分なエネルギーで単分子分解を起こす。

HN ₃ → NH + N ₂

最もエネルギーの低い経路では三重項状態のNHが生成され、スピン禁制反応となる。これは、レーザー光解離研究によって、基底電子状態の特定の振動エネルギー量に対して速度が決定された数少ない反応の1つである。^[13]さらに、これらの単分子速度は理論的に分析されており、実験値と計算値はほぼ一致している。^[14]

毒性

アジ化水素酸は揮発性があり、毒性が強い。刺激臭があり、その蒸気は激しい頭痛を引き起こす可能性がある。この化合物は非蓄積性の毒として作用する。

アプリケーション

2-フロニトリルは、医薬品中間体であり、人工甘味料の候補物質であるが、 35℃のベンゼン溶液中で過塩素酸マグネシウムの存在下でフルフラールをアジ化水素酸（HN ₃）と過塩素酸（HClO ₄ ）の混合物で処理することによって良好な収率で製造されている。^[15]^[16]

全気相ヨウ素レーザー(AGIL)は、ガス状のアジ化水素酸と塩素を混合して励起塩化窒素を生成し、これを使用してヨウ素をレーザー発光させます。これにより、 COIL レーザーの液体化学要件が回避されます。

参考文献

^ プラディオット・パトナイク『無機化学ハンドブック』マグロウヒル、2002年、ISBN 0-07-049439-8
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外部リンク

ウィキメディア・コモンズのアジ化水素に関連するメディア
OSHA: アジ化水素酸 2008-04-04ウェイバックマシンにアーカイブ

[1] プラディオット・パトナイク『無機化学ハンドブック』マグロウヒル、2002年、ISBN 0-07-049439-8

[EB1911-2] ヒュー・チザム編 (1911)。「アゾイミド」。ブリタニカ百科事典。第3巻 (第11版)。ケンブリッジ大学出版局。pp. 82–83。これには、当時の生産プロセスの詳細な説明も含まれています。

[3] 無機および有機金属化合物辞典。チャップマン＆ホール。

[4] クルティウス、テオドール(1890)。「Ueber Stickstoffwasserstoffsäure (Azoimid) N3H」[アジ化水素酸 (アゾイミド) N ₃ H について]。Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft。23 (2): 3023–3033。土井：10.1002/cber.189002302232。

[5] ファーマン、デイビッド; ドゥブニコワ、ファイナ; ヴァン・ドゥイン、アドリ CT; ゼイリ、イェフダ; コスロフ、ロニー (2016-03-10). 「デトネーション化学への応用を伴う液体ヒドラゾ酸の反応力場」.物理化学ジャーナル C. 120 ( 9): 4744–4752. Bibcode :2016APS..MARH20013F. doi :10.1021/acs.jpcc.5b10812. ISSN 1932-7447. S2CID 102029987.

[InorgChem-6] Catherine E. Housecroft、Alan G. Sharpe (2008)。「第15章：グループ15の元素」。無機化学、第3版。ピアソン。p. 449。ISBN 978-0-13-175553-6。

[7] Gonzalez-Bobes, F. et al Org. Process Res. Dev. 2012, 16, 2051-2057.

[8] Treitler, DS et al Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 460-467.

[9] L. F. Audrieth、CF Gibbs「水溶液およびエーテル溶液中のアジ化水素」無機合成1939年、第1巻、71-79頁。

[10] グリーンウッド、ノーマン N. ; アーンショウ、アラン (1997)。元素の化学(第 2 版)。バターワース-ハイネマン。p. 432。ISBN 978-0-08-037941-8。

[p461-11] グリーンウッド、461–464ページ。

[wiberg-12] Egon Wiberg、Nils Wiberg、Arnold Frederick Holleman (2001)。「窒素グループ」。無機化学。Academic Press。p. 625。ISBN 978-0-12-352651-9。

[13] Foy, BR; Casassa, MP; Stephenson, JC; King, DS (1990). 「倍音励起HN
₃(X1A') - 非調和共鳴、均一線幅、および解離速度」。Journal of Chemical Physics。92 : 2782–2789。doi : 10.1063/1.457924。

[14] ^ Besora, M.; Harvey, JN (2008). 「 HNのスピン禁制熱分解速度の理解
₃およびCH
₃いいえ
₃「化学物理学ジャーナル. 129 (4): 044303. doi :10.1063/1.2953697. PMID 18681642.

[15] PAパブロフ;クルネビッチ、バージニア州（1986）。「5-置換フラニトリルの合成とヒドラジンとの反応」。キミヤ・ゲテロツィクリチェスキク・ソエディネニイ。2：181-186。

[16] ^ B. Bandgar; Makone, S. (2006). 「水中での有機反応。穏やかな条件下でのNBSを使用 したアルデヒドからニトリルへの変換」。Synthetic Communications。36 ( 10): 1347–1352。doi : 10.1080 /00397910500522009。S2CID 98593006 。