化合物简介
氯化铝，或三氯化铝，化学式为AlCl3，是氯和铝的化合物。氯化铝熔点、沸点都很低，且会升华，为有离子性的共价化合物。熔化的氯化铝不易导电，和大多数含卤素离子的盐类（如氯化钠）不同。 AlCl3采取“YCl3”结构，为Al3+立方最密堆积层状结构， 而AlBr3中Al3+却占Br−最密堆积框架的相邻四面体间隙。熔融时AlCl3生成可挥发的二聚体Al2Cl6，含有两个三中心四电子氯桥键，更高温度下Al2Cl6二聚体则离解生成平面三角形AlCl3，与BF3结构类似。 氯化铝是很常用的路易斯酸。在化学工业，它常是傅-克反应的催化剂。它亦用于烃的聚合和异构化反应中。 铝亦可以生成一氯化铝（AlCl），但这种化合物很不稳定，只能以气态的形式出现。 工业上，它经铝土矿加工，由铝和氯之间的放热反应所制。
基本信息
中文名称
氯化铝
英文名称
aluminium trichloride
中文别名
无水氯化铝、三氯化铝、无水三氯化铝
英文别名
Aluminium chloride、Aluminum chloride anhydrous
CAS号
7446-70-0
分子式
AlCl3
分子量
133.341
精确质量
131.888
PSA
0.0
LOGP
2.0685
编号系统
UNII
LIF1N9568Y
安全信息
海关编码
2827320000
危险性描述
H301 + H311 + H331; H314; H351; H360F; H372; H412
信号词
Danger
危险性防范说明
P201; P280; P303 + P361 + P353; P304 + P340 + P310; P305 + P351 + P338; P308 + P313
危险标志
GHS05, GHS06, GHS08
生产方法及用途
生产方法
1.金属铝法 将铝锭放入密闭的氯化反应炉内,加热并通氯气进行氯化反应,生成的氯化铝升华进入捕集器,经捕集,即制得氯化铝成品。
2.铝氧粉法 将一定粒度的工业氧化铝与石油焦按一定比例投入焙烧炉内混合均匀,由炉底通入空气进行焙烧。焙烧后的物料进入氯化炉,炉中通入氯气和氧气,铝氧粉在还原剂炭的存在下与氯反应。生成的气相产物经预冷、净化去捕集器,制得氯化铝成品。尾气经氢氧化钠或亚硫酸钠溶液吸收处理后排空。反应方程式如下:
3.熔融法 将金属铝加热熔融后通入无水氯化氢,而制得。 氯化铝反应装置 1-氯化氢;2-铝粉;3-去通风橱;4-石棉;5-电炉
4.将直径为25～40mm的难熔燃烧管的一端延伸拉细。粗的一端通过软木塞插入广口瓶中。软木塞开有另一孔,利用细玻璃管,使反应后产生的气体通过此细玻璃管排入通风橱中。在燃烧管中装有10～40g的铝粉。将燃烧管放进电炉中,用迅速流动的干燥氯化氢气将空气完全置换后,慢慢加热燃烧管直至产生白烟。此时,应注意勿使反应热将铝粉熔融成球状,达到某一温度时,大量的氯化铝升华至广口瓶中,直到铝反应完毕。在燃烧管全长中,非加热部分越短越好。否则,氯化铝就可能在这一部分凝固而使燃烧管堵塞。再者,为使装在广口瓶上的软木塞不被烧焦,有必要紧靠前面置以石棉。
5.将市售的氯化铝与质量约为其10%的铝屑充分混合。混合物放进升华管中,在升华过程中导入适量的干燥氯化氢气体。将粗而短的管与收集器烧瓶连接起来。连接干燥管的全系统应在防止湿气下保护起来。进一步精制时,可在氮气流中进行升华。
2.铝氧粉法 将一定粒度的工业氧化铝与石油焦按一定比例投入焙烧炉内混合均匀,由炉底通入空气进行焙烧。焙烧后的物料进入氯化炉,炉中通入氯气和氧气,铝氧粉在还原剂炭的存在下与氯反应。生成的气相产物经预冷、净化去捕集器,制得氯化铝成品。尾气经氢氧化钠或亚硫酸钠溶液吸收处理后排空。反应方程式如下:
3.熔融法 将金属铝加热熔融后通入无水氯化氢,而制得。 氯化铝反应装置 1-氯化氢;2-铝粉;3-去通风橱;4-石棉;5-电炉
4.将直径为25～40mm的难熔燃烧管的一端延伸拉细。粗的一端通过软木塞插入广口瓶中。软木塞开有另一孔,利用细玻璃管,使反应后产生的气体通过此细玻璃管排入通风橱中。在燃烧管中装有10～40g的铝粉。将燃烧管放进电炉中,用迅速流动的干燥氯化氢气将空气完全置换后,慢慢加热燃烧管直至产生白烟。此时,应注意勿使反应热将铝粉熔融成球状,达到某一温度时,大量的氯化铝升华至广口瓶中,直到铝反应完毕。在燃烧管全长中,非加热部分越短越好。否则,氯化铝就可能在这一部分凝固而使燃烧管堵塞。再者,为使装在广口瓶上的软木塞不被烧焦,有必要紧靠前面置以石棉。
5.将市售的氯化铝与质量约为其10%的铝屑充分混合。混合物放进升华管中,在升华过程中导入适量的干燥氯化氢气体。将粗而短的管与收集器烧瓶连接起来。连接干燥管的全系统应在防止湿气下保护起来。进一步精制时,可在氮气流中进行升华。
用途
1.本品主要用作有机合成及高分子合成的催化剂。广泛用于合成树脂、合成橡胶、石油裂解、合成染料、合成洗涤剂、医药、香料、农药等。本品还用作制取铝的有机化合物、金属的炼制及润滑油的处理。
2.用作有机合成的催化剂,如石油裂解、合成染料、合成橡胶、合成洗涤剂、医药、香料等。用于制造农药、有机铝化合物、酞菁系有机颜料用催化剂、乙基苯制造用催化剂。也用于金属冶炼、润滑油合成。食品级产品用作膨松剂、清酒等防变色剂及果胶的絮凝剂。
3.无水氯化铝可用作铝及合金蚀刻的添加剂,也可用于溶剂镀铝的铝盐添加。
4.三氯化铝是一个经典的路易斯酸,能够与底物中电负性较强的杂原子如氯原子、羰基氧等有效结合,从而起到活化底物的作用 。最经典的反应莫过于其诱导或催化的氯代烷烃或酰氯与芳烃之间的Friedel-Crafts烷基化和酰基化反应 (
式1) 。 Friedel-Crafts反应还可以扩展到非芳环系统,如烯烃或炔烃等。代表性的例子有三氯化铝诱导的1,5-环辛二烯与酰氯作用发生的分子内成环反应 (
式2) ,以及α,β-不饱和酰氯在三氯化铝活化下与炔烃发生酰化反应,并进一步在还原剂锌的作用下生成环戊烯酮衍生物(
式3) 。此外,三氯化铝还可以活化芳环α-甲基的C-H键,从而能够实现sp3-碳上的Friedel-Crafts反应。如3-甲基取代的吲哚在三氯化铝作用下发生酰化反应得到3-吲哚酮类化合物 (
式4) 。 对于三甲基硅烷衍生物参与的Friedel- Crafts反应,不但可以提高反应的区域选择性,还能扩大底物的适用范围。因为三甲基硅取代基相比普通氢原子更大、更容易离去,因此它能有效地稳定β-位碳烯离子 (β-效应),从而能够完全地控制反应的区域选择性 (
式5) 。此外,丙炔基硅烷在三氯化铝诱导下发生酰化反应能够得到联烯酮化合物 (
式6) 。 Friedel-Crafts反应不但可以将底物扩展到非芳环系统,还可以将三氯化铝活化的底物扩展到非卤代烃或酰氯的其它亲电试剂。如芳基叠氮化合物在三氯化铝作用下得到多环芳烃化合物 (
式7) 。对于烯丙基砜类化合物,三氯化铝能够与砜有效作用从而活化烯丙基sp3-碳原子,进而与芳环发生亲电取代反应得到分子内关环产物 (
式8) 。此外,三氯化铝还能活化单质硫,进而与二苯醚作用得到多环化合物 (
式9) 。 三氯化铝还能与氮原子有效作用,因此能够活化部分含氮底物,进而促进Friedel-Crafts反应的发生。如与带吸电子取代基的2-氯吡啶的氮原子 (式10) 或是与杂芳环上氮原子 (式
11) 作用从而活化邻位碳原子,进而与芳环或杂芳环发生亲电取代反应。三氯化铝还能与N-(N,N-二苯基氨)邻苯二甲酰亚胺中的羰基氧作用,通过电子转移得到二苯基铵阳离子中间体,进而发生分子内成环反应得到咔唑化合物 (式
12) 。 作为路易斯酸,三氯化铝还能催化Diels-Alder反应,如苯基亚胺与二烯在AlCl3作用下得到含氮杂环化合物 (式
13) 。此外,三氯化铝还被用于催化 环加成反应,如分子内烯炔成环反应 (式
14) 。
5.用作有机合成中的催化剂,用于制备铝有机化合物以及金属的炼制。
2.用作有机合成的催化剂,如石油裂解、合成染料、合成橡胶、合成洗涤剂、医药、香料等。用于制造农药、有机铝化合物、酞菁系有机颜料用催化剂、乙基苯制造用催化剂。也用于金属冶炼、润滑油合成。食品级产品用作膨松剂、清酒等防变色剂及果胶的絮凝剂。
3.无水氯化铝可用作铝及合金蚀刻的添加剂,也可用于溶剂镀铝的铝盐添加。
4.三氯化铝是一个经典的路易斯酸,能够与底物中电负性较强的杂原子如氯原子、羰基氧等有效结合,从而起到活化底物的作用 。最经典的反应莫过于其诱导或催化的氯代烷烃或酰氯与芳烃之间的Friedel-Crafts烷基化和酰基化反应 (
式1) 。 Friedel-Crafts反应还可以扩展到非芳环系统,如烯烃或炔烃等。代表性的例子有三氯化铝诱导的1,5-环辛二烯与酰氯作用发生的分子内成环反应 (
式2) ,以及α,β-不饱和酰氯在三氯化铝活化下与炔烃发生酰化反应,并进一步在还原剂锌的作用下生成环戊烯酮衍生物(
式3) 。此外,三氯化铝还可以活化芳环α-甲基的C-H键,从而能够实现sp3-碳上的Friedel-Crafts反应。如3-甲基取代的吲哚在三氯化铝作用下发生酰化反应得到3-吲哚酮类化合物 (
式4) 。 对于三甲基硅烷衍生物参与的Friedel- Crafts反应,不但可以提高反应的区域选择性,还能扩大底物的适用范围。因为三甲基硅取代基相比普通氢原子更大、更容易离去,因此它能有效地稳定β-位碳烯离子 (β-效应),从而能够完全地控制反应的区域选择性 (
式5) 。此外,丙炔基硅烷在三氯化铝诱导下发生酰化反应能够得到联烯酮化合物 (
式6) 。 Friedel-Crafts反应不但可以将底物扩展到非芳环系统,还可以将三氯化铝活化的底物扩展到非卤代烃或酰氯的其它亲电试剂。如芳基叠氮化合物在三氯化铝作用下得到多环芳烃化合物 (
式7) 。对于烯丙基砜类化合物,三氯化铝能够与砜有效作用从而活化烯丙基sp3-碳原子,进而与芳环发生亲电取代反应得到分子内关环产物 (
式8) 。此外,三氯化铝还能活化单质硫,进而与二苯醚作用得到多环化合物 (
式9) 。 三氯化铝还能与氮原子有效作用,因此能够活化部分含氮底物,进而促进Friedel-Crafts反应的发生。如与带吸电子取代基的2-氯吡啶的氮原子 (式10) 或是与杂芳环上氮原子 (式
11) 作用从而活化邻位碳原子,进而与芳环或杂芳环发生亲电取代反应。三氯化铝还能与N-(N,N-二苯基氨)邻苯二甲酰亚胺中的羰基氧作用,通过电子转移得到二苯基铵阳离子中间体,进而发生分子内成环反应得到咔唑化合物 (式
12) 。 作为路易斯酸,三氯化铝还能催化Diels-Alder反应,如苯基亚胺与二烯在AlCl3作用下得到含氮杂环化合物 (式
13) 。此外,三氯化铝还被用于催化 环加成反应,如分子内烯炔成环反应 (式
14) 。
5.用作有机合成中的催化剂,用于制备铝有机化合物以及金属的炼制。
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