五氯化磷( 磷 pentachloride )是一种非金属 卤化物 , 化学式为PCl 5 , 外观为白色或淡黄色 晶体 , 有刺激性气味,密度为2.114g/cm 3 (25.15℃时), 熔点 166.8℃分解(加压),162℃ 升华 , 沸点 为160℃(760mmHg时),溶于 二硫化碳 和 四氯化碳 。 其遇水发生发应, 也可加热分解成三氯化磷与 氯气 。 此外,五氯化磷与某些金属、 氢氧化物 、 酸等也可发生反应。
五氯化磷可用 氯 与磷反应制得, 也用直接用三氯化磷与氯气反应制得。 在 有机合成 中五氯化磷常用作 氯化剂 、 催化剂 ,也可用作醇、 羧酸 、 酰胺 、醛 、 烯醇 的氯代化试剂以及 Beckmann重排 试剂;在医学方面,其可用于医药生产, 如用于制作头孢菌素、 止吐药的中间体; 在工业上它也是 染料 、 化学纤维 、生产 氯化磷腈 、 三氯氧磷 以及 六氟磷酸锂 的原料。 此外,还可作脱水剂、 汽油添加剂 、 fe5 以及表面活化剂等。
五氯化磷毒性比 三氯化磷 强, 急性中毒时引起 结膜炎 、 支气管炎 、 肺炎 和 肺水肿 ,出现咳嗽、流泪、流涕、流涎、眼和喉刺痛、 胸闷 、气急等症状。慢性引起 呼吸道 刺激症状增加,牙齿脱落等。
理化性质
物理性质
五氯化磷 摩尔质量 为208.2g/ 摩尔 , 外观为白色或淡黄色 晶体 , 有刺激性气味,密度为2.114g/cm 3 (25.15℃时), 熔点166.8℃分解(加压),162℃升华, 沸点 为160℃(760mmHg时), 蒸气压为133Pa(55.5°C时), 遇水会发生反应,溶于 二硫化碳 和 四氯化碳 ,易 潮解 ,有腐蚀性。
化学性质
水解
五氯化磷遇水分解,当水量不足时,水解成 三氯氧磷 和 氯化氢 ,当水过量时,可继续水解成磷酸和氯化氢。
热分解
将五氯化磷加热至180℃时部分分解,加热至290℃时就完全分解成 三氯化磷 与 氯 。
与氧气反应
五氯化磷可与氧气反应生成 五氧化二磷 。
与氧化物反应
除上述反应,五氯化磷还可与五氧化二磷反应生成 三氯氧磷 。
与氟化物反应
五氯化磷可与 氟化剂 (CaF 2 、AsF 3 等)反应:
MF(如NH 4 F、KF等)与五氯化磷共热,直接化合成MPF 6 。
与金属反应
五氯化磷还能与Zn、Cd、Au等金属反应生成金属 卤化物 。
与氢氧化物反应
五氯化磷与氢氧化硼反应可生成 三氯氧磷 、 氯化氢 以及三氧化二硼。
与酸反应
五氯化磷与 硫酸 共 蒸馏 时,有 氯磺酸 、 盐酸 、 偏磷酸 生成。
与金属氯化物反应
五氯化磷与许多金属氯化物形成加合物,如PCl 5 ·AlCl 3 。
这个化合物能溶解于 1-溴-2-硝基苯 乙腈 。溶于硝基苯形成的溶液导电性良好,迁移数实验证明, 阴极 区的磷量增多,而 阳极 区的铝量增多,即磷在 阳离子 中,而铝在 阴离子 中,是[ PCl 4 ] + [AlCl 4 ] - 。
PCl 5 ·FeCl 3 、PCl 5 ·PCl 3 、PCl 5 ·CrCl 3 、PCl 5 ·AuCl 3 、PCl 5 ·TiCl 3 的结构和PCI 5 ·AICl 3 相似,均含有[PCI 4 ] + 及 正四面体 的[MCI 4 ] - ,而在3PCI 5 ·BiCl 3 、2PCl 5 ·MCl 4 (M=Sn,Zr,Te,Pt)、PCl 5 ·MCl 4 (M=Sb,Mo,W)中是[PCI 4 ] + 和 正八面体 的[MCl 6 ] - 。在固态PCI中,可被看成是一个PCl 5 ,给予CI - ,而另一个PCl 5 ,接受C1。
与含羟基的有机物反应
五氯化磷与醇反应生成相应的 氯化物 ,如与DMF(二甲基甲 胺)作用,生成氯代 亚胺 盐,该盐称为Vilsmeier-Haack试剂。
五氯化磷还可与 羧酸 反应:
与羰基化合物反应
五氯化磷与 基化合物反应可以生成偕二氯化物,例如二氯降樟脑(2,2-二氯双环 庚烷 )的合成。
应用领域
化学领域
五氯化磷在 有机合成 中常被用作 氯化剂 (如置换醇、酚等分子中的 羟基 )、 催化剂 ,还可用作醇、羧酸、 酰胺 、醛酮、 烯醇 的氯代化试剂。 此外,在 Beckmann重排 反应中也有一定作用,即芳香酮或 脂肪酮 和羟氨反应生成 后在五氯化磷的作用下,可发生特殊反应,变成酰胺。
医学领域
在医学领域,五氯化磷常用于生产医药。 如在半合成头孢菌素时,在 硅酯 法和 苄青霉素 扩 环法自行车赛 中常用五氯化磷制得该类药物中间体。 又如在制取止吐药的中间体3,5-二 苯甲醚 甲酰胺 时,也会用到五氯化磷。
工业领域
在生产氯代 异吲哚啉 酮类颜料时,常以四氯 苯酚 为原料,生成 酰胺 后再用五氯化磷进一步产生氯化反应而制得。 在 乙酰 纤维生产中,五氯化磷还可作 催化剂 。 同时,五氯化磷也是生产六 磷酸锂的主要原料, 六氟磷酸锂 以良好的 电导率 、 电化学 稳定性以及氧化稳定性,成为 锂电池 电解质 。 此外,其还可作为生产 氯化磷腈 、 三氯氧磷 的原料以及作脱水剂、 燃油宝 、 塑化剂 以及表面活化剂等。
毒性
五氯化磷属于中等毒类。
对实验动物的影响
通过对实验动物的研究发现,长期接触五氯化磷的实验动物的肝、骨、肾和肺分别出现一定变化,同时还引起了脱屑性 鼻炎 、 气管炎 和 支气管炎 。 其中 小白鼠 在1.0mg/L的浓度下作用10分钟,可能引起死亡。 大鼠吸入五氯化磷的半数致死浓度为0.205mg/L。实验表明大鼠吸入最初的5-15分钟内会表现出不安,然后表现出运动协调性下降、纤维抽动和抽搐、震颤、呼吸迟缓和 呼吸困难 ,同时也表现出流泪和 角膜混浊 。暴露几天后,观察到体重减轻和食欲下降。
对人类的影响
五氯化磷毒性比 三氯化磷 强,可被眼及 呼吸道 内的水分解生成 三氯氧磷 、磷酸、 盐酸 。 急性中毒时引起 结膜炎 、 支气管炎 、 肺炎 和 肺水肿 ,出现咳嗽、流泪、流涕、流涎、眼和喉刺痛、 胸闷 、气急等症状。慢性引起呼吸道刺激症状增加,牙齿脱落等。
制备方法
关于五氯化磷的制备可采用氯气与磷反应,氯气足量时,生成五氯化磷(白烟)。
磷与 氯 反应,氯气不足时,生成三氯化磷(白雾),三氯化磷可继续与氯气反应生成五氯化磷。 也可直接采用 三氯化磷 氯气 法。
物质结构
固态时五氯化磷的结构单元可以写作PCl 4 + 、PCl 6 - 。 氯化铯 型 晶体结构 ,两个离子分别为四面体和八面体结构,阳离子中的磷原子为sp 3 杂化, 阴离子 中的磷为sp 3 d 2 杂化。气态和液态的五氯化磷为单分子结构,分子呈三角双锥形,与价层电子对互斥(VSEPR)理论所预测的一致。溶液中的分子结构与浓度和 溶剂 有关。溶于 极性 溶剂(如 硝基甲烷 、 1-溴-2-硝基苯 )时,五氯化磷发生自偶电离。
安全事宜
安全标识象形图
GHS分类
危害
20℃时五氯化磷就可蒸发,并且能相当快地达到空气中有害污染浓度。其对眼睛、皮肤和 呼吸道 具有腐蚀性。
急救措施
针对不同情况给予相应急求措施:若受害者不慎吸入,应将其移至空气新鲜处,使其成半直立状态,必要时可给与人工呼吸;若受害者是皮肤接触,应先脱去受污染衣物, 然后用软纸或棉花擦去毒物,继之用3%的碳酸氢钠液浸泡后用大量水冲洗, 然后就医;若是眼睛接触,立即用大量水冲洗几分钟,然后就医;若是食入,先漱口(不要催吐),饮用一两杯水然后就医。
防护措施
操作时应穿防护服,并戴防护眼镜,以防止皮肤和眼的接触。如穿一般工作服,有可能受污染,应每天更换。操作现场应备置安全信号指示器和洗眼剂。
消防
五氯化磷不可燃,但在火焰中可释放出刺激性或有毒 烟雾 (或气体)。 着火时,不能用水直接灭火, 可使用 二氧化碳 灭火剂或干沙。
泄漏处置
如发生泄漏,应先疏散泄漏污染区人员至安全区,在确保安全情况下堵漏。喷水雾使五氯化磷减慢挥发(或扩散),但不要对泄漏物或泄漏点直接喷水。可用沙土、 蛭石 或其他惰性材料吸收,然后收集,逐次以小量加入大量水中,静置,稀释液放入 废水 系统。如果大量泄漏,最好不用 水处理 ,在技术人员指导下清除。
储存
用玻璃瓶盛装,置阴凉、通风良好的地方, 防潮 、密封保存, 但不能食品和饲料等一起存放。