Cloruro de fósforo (V)

Pentacloruro de fósforo
General
Nombre (IUPAC) sistemático	Cloruro de fósforo (V)
Otros nombres	Pentacloruro de fósforo
Fórmula molecular	PCl5
SMILES	ClP(Cl)(Cl)(Cl)Cl
Masa molar	208.22 g mol−1
Apariencia	Cristales Incoloros
CAS number	[10026-13-8]
Propiedades
Densidad y phase	1.6 g cm−3
Solubilidad en agua	Descomposición (violenta)
Otros Disolventes	Disulfuro de carbono, chlorocarbons, Benceno
Punto de fusión	179–181 °C
Punto de ebullición	Sublimación 70-80 °C (vacío)
Estructura
Geometría analítica	Bipirámide trigonal
Estructura cristalina
Momento dipolar	0 D
Riesgos
MSDS	External MSDS
Main hazards	HCl source
NFPA 704
R/S statement	R: 14-22-26-34-48/20 S: 26-36/37/39-45-7/8
RTECS number	TB6125000
Datos suplementarios
Spectral data	Raman: 456 cm−1 (PCl4+) 354 cm−1 (PCl6−) 393 cm-1 (PCl5)
Related compounds
Compuestpos	POCl3, PCl3, PF5
Excepto que así sea indicado, los datos de los materiales se dan en estado estándar (a 25 °C, 100 kPa) Infobox disclaimer and references
NFPA 704	0 3 2 W

El pentacloruro de fósforo es el compuesto químico de fórmula PCl₅. Es uno de los cloruros de fósforo más importantes, siendo los otros el agente clorante. Es un sólido incoloro que reacciona con el agua y adopta múltiples estucturas bajo diversas condiciones.

Estructura

El PCl₅ gaseoso y el líquido son moléculas neutras que presentan una simetría trigonal bipiramidal (D_3h). Sin embargo, la estructura del “PCl₅” en disolución, depende del disolvente y de la concentración.^[1] En solventes polares, si la solución es diluida el compuesto se disocia de acuerdo al siguiente equilibrio:

PCl₅ [PCl₄⁺]Cl⁻

A mayores concentraciones, un segundo equilibro se hace más importante:

2 PCl₅ [PCl₄⁺][PCl₆⁻]

El catión PCl₄⁺ y el anión PCl₆⁻ tienen geometría tetraédrica y octaédrica, respectivamente. Las estructuras para los cloruros de fósforo son invariablemente consistentes con la teoría TREPEV.

En disolvente apolares, como el espectroscopía de Raman.

Preparación

El PCl₅ se prepara por medio de la cloración del PCl₃. Esta reacción produce ca. 10,000,000 kg de PCl₅ in 2000.^[3]

PCl₃ + Cl₂ PCl₅ ΔH = −124 kJ/mol

El PCl₅ existe en equilibrio con el PCl₃ y cloro, a 180 °C. El porcentaje de disociación es alrededor del 40%.^[3] Debido a este equilibrio, las muestras de PCl₅ a menudo contienen cloro lo que les confiere una coloración verdosa.

Hidrólisis

En su reacción más característica, el PCl₅ reacciona al contacto con el agua para dar cloruro de hidrógeno y óxidos de fósforo. EL primer producto de la hidrólisis es el oxicloruro de fósforo

PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2 HCl

En agua caliente, la hidrólisis produce solo ácido ortofosfórico:

PCl₅ + 4 H₂O → H₃PO₄ + 5 HCl

Otras reacciones

A menudo, el PCl₅ se usa para cloraciones.^[4]

Cloraciones de compuestos orgánicos con PCl₅

En química sintética, hay frecuentemente dos clases de cloración de interés. Las cloraciones oxidativas involucran la transferencia de Cl₂ del reactivo al sustrato. Las cloraciones sustitivas, en cambio, reemplazan O o grupos hidroxilo (OH) con cloro. El PCl₅ puede ser utilizado en ambos procesos.

PCl₅ convierte los ácido carboxílicos a los correspondientes cloruros de ácido^[5] así como alcoholes en cloruros de alquilo. El cloruro de tionilo es comúnmente más usado en el laboratorio porque el SO₂ se separa más fácilmente de los productos orgánicos que el POCl₃.

PCl₅/PCl₃ guarda algún parecido con el DMF, para dar cloruro de dimetilclorometilenamonio el cual es conocido como el reactivo de Vilsmeier, [(CH₃)₂NCClH]Cl. Más comúnmente una sal similar se genera de la reacción entre la DMF y el POCl₃. Tales reactivos son útiles en la preparación de derivados del benzaldehído por formilación y conversión de los grupos C-OH en grupos C-Cl.^[4]

En contraste con el PCl₃, el pentacloruro reemplaza grupos CH alílicos y bencílicos y es especialmente reconocido por la conversión de grupos C=O a CCl₂ groups.^[6]

El carácter electrofílico del PCl₅ queda de manifiesto por su reacción con el estireno para dar después de hidrólisis derivados del ácido fosfónico.^[7]

Cloración de compuestos inorgánicos

Así como en las reacciones para los compuestos orgánicos, el uso del PCl₅ ha sido sustituido por el SO₂Cl₂. La reacción del pentóxido de fósforo y el PCl₅ produce dióxido de nitrógeno:

PCl₅ + 2 NO₂ → PCl₃ + 2 hexafluorofosfato de litio, LiPF₆, un electrolito en las baterías de ion litio:

PCl₅ + 6 LiF → LiPF₆ + 5 LiCl

Seguridad

PCl₅ es una sustancia peligrosa as reacciona violentamente con agua y es una fuente tanto de cloruro de hidrógeno como de cloro.

Véase también

• Phosphorus halides

Referencias

1. ↑ Suter, R. W.; Knachel, H. C.; Petro, V. P.; Howatson, J. H.; S. G. Shore, S. G. ”Nature of Phosphorus(V) Chloride in Ionizing and Nonionizing Solvents” Journal of the American Chemical Society 1973, volume 95, pp 1474 - 1479; DOI: 10.1021/ja00786a021
2. ↑ D. E. C. Corbridge "Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology" 5th Edition Elsevier: Amsterdam 1995. ISBN 0-444-89307-5.
3. ↑ ^{a b} Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
4. ↑ ^{a b} Burks, Jr., J. E. “Phosphorus(V) Chloride” in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. DOI: 10.1002/047084289.
5. ↑ Adams, R.; Jenkins, R. L. “p-Nitrobenzoyl chloride” Organic Syntheses, Collected Volume 1, p.394 (1941).
6. ↑ Gross, H.; Rieche, A.; Höft, E.; Beyer, E. “Dichloromethyl Methyl Ether” Organic Syntheses, Collected Volume 5, p.365 (1973).
7. ↑ Schmutzler, R. ”Styrylphosphonic dichloride” Organic Syntheses, Collected Voume 5, p.1005 (1973).