Tantal(V) chloride

TaCl₅ kết tinh trong nhóm không gian thuộc hệ tinh thể đơn nghiêng C2/m.^[2] Mười nguyên tử chlor xác định cặp bát diện có chung cạnh. Các nguyên tử tantal chiếm các tâm của bát diện và được nối với nhau bằng hai cầu nối chlor. Cấu trúc dimer tồn tại trong các dung môi không phức tạp và phần lớn ở trạng thái nóng chảy. Tuy nhiên, ở trạng thái hơi, TaCl₅ là monomer. Monomer này có cấu trúc lưỡng chóp tam giác, giống như cấu trúc của PCl₅.^[3]

Độ tan của tantal(V) chloride tăng nhẹ đối với dãy hydrocarbon thơm sau:

benzen < toluen < m-xylen < mesitylen

Điều này thể hiện ở việc dung dịch có màu đậm dần từ vàng nhạt sang cam. Tantal(V) chloride ít tan trong cyclohexan và carbon tetrachloride hơn trong các hydrocarbon thơm. Các dung dịch như vậy của tantal(V) chloride là chất dẫn điện kém, cho thấy khả năng bị ion hóa thấp. TaCl₅ được tinh chế bằng cách thăng hoa để tạo ra các tinh thể hình kim màu trắng.

Tantal(V) chloride có thể được điều chế bằng phản ứng của tantal dạng bột với khí chlor ở nhiệt độ giữa 170 và 250 °C. Phản ứng này cũng có thể được thực hiện với HCl ở 400 °C.^[4]

2 Ta + 5 Cl₂ → 2 TaCl₅

2 Ta + 10 HCl → 2 TaCl₅ + 5 H₂

Nó cũng có thể được điều chế bằng phản ứng giữa tantal(V) oxide và thionyl chloride ở 240 °C.

Ta₂O₅ + 5 SOCl₂ → 2 TaCl₅ + 5 SO₂

Tantal(V) chloride có sẵn trên thị trường, tuy nhiên các mẫu có thể bị nhiễm tantal(V) oxychloride (TaOCl₃), được tạo thành do quá trình thủy phân.

TaCl₅ là chất điện di và nó hoạt động giống như chất xúc tác Friedel–Crafts, tương tự như AlCl₃. Nó tạo thành các phức hợp với nhiều base Lewis.^[5]

Phức hợp đơn giản

TaCl₅ tạo phức ổn định với ether:

TaCl₅ + R₂O → TaCl₅(OR₂) (R = Me, Et)

TaCl₅ cũng phản ứng với phosphor pentachloride và phosphoryl trichloride, chất trước đóng vai trò là chất cho chloride và chất sau đóng vai trò phối tử, liên kết qua oxy:

TaCl₅ + PCl₅ → PCl⁺
₄TaCl⁻
₆

TaCl₅ + POCl₃ → TaCl₅·POCl₃ (tinh thể không màu)^[6]

Tantal(V) chloride phản ứng với các amin bậc ba để tạo ra các phức hợp kết tinh.

TaCl₅ + 2R₃N → TaCl₅(NR₃)

Phản ứng chuyển vị chloride

Tantal(V) chloride phản ứng ở nhiệt độ phòng với lượng dư triphenylphosphine oxide để tạo ra phức hợp oxychloride:

TaCl₅ + 3 OPPh₃ → [TaOCl₃(OPPh₃)]_x

Sự hình thành ban đầu được cho là của các chất cộng giữa TaCl₅ và các hợp chất hydroxyl như rượu, phenol và acid carboxylic được tạo ra bởi quá trình loại bỏ hydro chloride và hình thành liên kết Ta–O:

TaCl₅ + 3 HOEt → TaCl₂(OEt)₃ + 3 HCl

Với sự có mặt của amonia như một chất nhận HCl, tất cả năm phối tử chloride đều bị thay thế với sự hình thành Ta(OEt)₅. Tương tự, TaCl₅ phản ứng với lithi methoxide trong methanol khan để tạo thành các dẫn xuất methoxy có liên quan:

TaCl₅ + 4 LiOMe → Ta(OMe)₄Cl + 4 LiCl

Phân giải amoni, phân giải rượu và các phản ứng liên quan

Amonia sẽ thay thế hầu hết các phối tử chloride khỏi TaCl₅ để tạo thành chất. Chloride bị chiếm chỗ chậm hơn bởi các amin bậc một hoặc bậc hai nhưng việc thay thế cả năm phối tử chloride bằng các nhóm amido có thể thực hiện bằng cách sử dụng lithi dialkylamide, như được minh họa bằng quá trình tổng hợp pentakis(dimetylamido)tantal:

TaCl₅ + 5 LiNMe₂ → Ta(NMe₂)₅

Với rượu, pentachloride phản ứng để tạo ra alkoxide. Như phương pháp điều chế tantal(V) ethoxide ở trên, các phản ứng thường được tiến hành với sự có mặt của bazơ:

10 EtOH + Ta₂Cl₁₀ + 10 NH₃ → Ta₂(OEt)₁₀ + 10 NH₄Cl

Tantal(V) chloride bị khử bởi các chất dị vòng nitơ như pyridin.

Phản ứng tạo phức với amonia

Phản ứng của TaCl₅ với NH₃ ở điều kiện thường sẽ cho sản phẩm là các phức hợp:

TaCl₅ + 17 NH₃ → Ta(NH₂)₂Cl₃·7NH₃ + 2 NH₄Cl·3NH₃

Nếu phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp, phức TaCl₅·12NH₃ sẽ được tạo thành ở −81,5 °C (−114,7 °F; 191,7 K). Tăng nhiệt độ lên −67,5 °C (−89,5 °F; 205,7 K) sẽ tạo ra TaCl₅·10NH₃, ở −44 °C (−47 °F; 229 K) phức TaCl₅·7NH₃ được tạo thành. Cả ba phức amonia đều có màu trắng. Phức heptaamonia bị phân hủy ở 0 °C (32 °F; 273 K).^[7]

TaCl₅·7NH₃ → Ta(NH₂)₂Cl₃·3NH₃ + 2 NH₄Cl

Sự khử

Khử tantal(V) chloride sẽ tạo ra các anion và hợp chất như Ta₆Cl₁₈⁴⁻ và Ta₆Cl₁₄(H₂O)_n, với n =4^[8], 7, 8^[9].

• Ozin, G. A.; Walton, R. A. (1970). “Vibrational spectra and structures of the 1:1 complexes of niobium and tantalum, pentachlorides and tantalum pentabromide with aceto-, perdeuterioaceto-, and propionitriles in the solid and solution states and a vibrational analysis of the species MX₅, NC·CY₃ (Y = H or D)”. J. Chem. Soc. A: 2236–2239. doi:10.1039/j19700002236.
• Bullock, J. I.; Parrett, F. W.; Taylor, N. J. (1973). “Some metal halide–phosphorus halide–alkyl halide complexes. Part II. Reactions with niobium and tantalum pentachlorides and tungsten hexachloride”. J. Chem. Soc., Dalton Trans. (5): 522–524. doi:10.1039/DT9730000522.
• Đorđević, C.; Katović, V. (1970). “Co-ordination complexes of niobium and tantalum. Part VIII. Complexes of niobium(IV), niobium(V), and tantalum(V) with mixed oxo, halogeno, alkoxy, and 2,2′-bipyridyl ligands”. J. Chem. Soc. A: 3382–3386. doi:10.1039/j19700003382.
• Cowley, A.; Fairbrother, F.; Scott, N. (1958). “The halides of niobium (columbium) and tantalum. Part V. Diethyl ether complexes of the pentachlorides and pentabromides; the solubility of tantalum pentaiodide in ether”. J. Chem. Soc.: 3133–3137. doi:10.1039/JR9580003133.

• Cơ sở dữ liệu tham khảo tiêu chuẩn NIST