أما صناعيًا، فإن طريقة التحضير تتضمن تحضير لمركب هيدريد ألومنيوم الصوديوم، وذلك من العناصر المكونة له عند ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة,[7] حسب المعادلة:
بإضافة كلوريد الليثيوم، يحدث تفاعل تبادل ونحصل على الناتج المطلوب.
هذه الطريقة ذات مردود عال، ويحوي الناتج على نسبة 1% وزنًا w/w من كلوريد الليثيوم.[7]
الخواص
تحترق البلورات الدقيقة والنقية من هيدريد ألومنيوم الليثيوم عند تعرضها لأكسجين الهواء الجوي، في حين أن البلورات الكبيرة لا تظهر هذه الخاصية.[8] تحوي بعض العينات التجارية من هيدريد ألومنيوم الليثيوم على زيت معدني لمنع التفاعل مع الرطوبة الجوية، لكن الشائع هو تغليف العبوات بأكياس بلاستيكية حاجبة للرطوبة.[9]
البنية
يتبلور هيدريد ألومنيوم الليثيوم حسب النظام البلوري أحادي الميل وله المجموعة الفراغية P21c، وتعرف وحدة الخلية كالتالي: a = 4.82 و b = 7.81 و و c = 7.92 Å و α = γ = 90° وβ = 112°. تتألف البنية من مراكز أيونات الليثيوم الموجبة +Li، والتي يحاط كل منها بخمس رباعيات سطوح من -AlH4. ترتبط مراكز أيونات الليثيوم بذرة هيدروجين من كل رباعي سطوح بحيث نحصل بالنهاية على شكل هرمي مضاعف bipyramid. أما عند تعريض المركب لضغوط مرتفعة (>2.2 GPa) فنحصل على النمط بيتا β-LAH من المركب.[10]
الانحلالية
يتفاعل هيدريد ألومنيوم الليثيوم بعنف مع الماء في تفاعل حلمهة[4] وذلك حسب التفاعل:
ينحل هيدريد ألومنيوم الليثيوم في العديد من المركبات الإيثرية، لكنه يمكن أن يتفكك فيها عند وجود شوائب تحفز تفاعل التفكك. في المقابل، وجد أن المركب ثابت في وسط من رباعي هيدرو الفوران على الرغم أنه أقل انحلالية فيه من ثنائي إيثيل الإيثر على سبيل المثال.[12]
مركب هيدريد ألومنيوم الليثيوم شبه مستقر عند درجة حرارة الغرفة، حيث يتفكك المركب عند تخزين العينات لفترات طويلة إلى Li3AlH6 وهيدريد الليثيوم.[13] ويمكن لهذا التفكك أن يحفز بوجود آثار من فلزات الحديد أو التيتانيوم أو الفاناديوم.
عند تسخين هيدريد ألومنيوم الليثيوم، فإن المركب يتفكك حراريًا وفق آلية تتكون من ثلاث مراحل:
[13][14][15]
يبدأ التفاعل R1 عند انصهار LAH عند درجات حرارة تتراوح بين 150–170 °س,[16][17][18] يلي ذلك مباشرة التفكك إلى الشكل الصلب من Li3AlH6، على الرغم من أن التفاعل R1 يمكن أن يحدث عند درجات حرارة أقل من ذلك.[19] عند حوالي 200°س يتفكك Li3AlH6 إلى هيدريد الليثيوم [13][15][18] حسب R2، وإلى الألومنيوم الذي يتحول حسب R3 إلى LiAl فوق الدرجة 400°س.[15] التفاعل R1 غير عكوس، أما R3 فهو عكوس ويكون الضغط عند التوازن 0.25 بار عند 500 °س. يمكن للتفاعلين R1 و R2، أن يحدثا عند درجة حرارة الغرفة، وذلك باستعمال حفازات ملائمة.[20]
باستعمال ΔH°f(LiH) = −90.5 و ΔS°f(LiH) = −69.9 و ΔG°f(LiH) = −68.3.
(LiAlH4 (s) → LiAlH4 (l
22
–
–
حرارة الانصهار. القيمة مشكوك بها.
(LiAlH4 (l) → ⅓ Li3AlH6 (s) + ⅔ Al (s) + H2 (g
3.46
104.5
−27.68
ΔS° جرى حسابها من قيم ΔH° و ΔG°.
الاستخدامات
في الكيمياء العضوية
يستخدم هيدريد ألومنيوم الليثيوم بشكل واسع في الكيمياء العضوية كمختزل (عامل اختزال)،[4] وهو أكثر قوة من كاشفبورهيدريد الصوديوم، وذلك بسبب ضعف الرابطة بين الألومنيوم والهيدروجين Al-H مقارنة مع رابطة B-H بين البورون والهيدروجين.[23] يستخدم أيضًا من أجل اختزال الاستراتوالأحماض الكربوكسيليةوالألدهيداتوالكيتونات إلى الكحولات الموافقة. بشكل مشابه، فإنه يحول الأميداتومركبات النترووالإيميناتوالأكسيماتوالأزيدات إلى الأمينات الموافقة. يستعمل هيدريد ألومنيوم الليثيوم عادة على النطاق المخبري، وقلما يستعمل على نطاق صناعي، بسبب صعوبة التعامل مع المادة لتفاعليتها الكيميائية المرتفعة، ويفضل عليها استخدام مركب هيدريد مضاعف (2-ميثوكسي إيثوكسي) ألومنيوم الصوديوم المعروف بالاختصار Red-Al والمستخدم بشكل أوسع.[24]
يستعمل هيدريد ألومنيوم الليثيوم بشكل شائع في اختزال الاسترات،[25][26] والأحماض الكربوكسيلية[27] إلى الكحولات الأولية الموافقة. وكانت هذه العملية قبل اكتشاف هيدريد ألومنيوم الليثيوم صعبة نسبيًا، حيث كان الأمر يتطلب استخدام فلز الصوديوم في الإيثانول المغلي، وذلك حسب تفاعل بوفو-بلانك. بالإمكان أيضًا اختزال الألدهيدات والكيتونات باستعمال هيدريد ألومنيوم الليثيوم،[28] إلا أن هذا التفاعل غالبًا ما يجرى باستعمال كواشف ألطف مثل بورهيدريد الصوديوم. وكمثال على اختزال الكيتونات باستعمال LAH، فإن الكيتونات α,β غير المشبعة تختزل إلى الكحولات الأليلية.[29] أما عند اختزال الإيبوكسيدات باستعمال المركب، فإن الكاشف يهاجم الطرف الأقل إعاقة فراغية من الإيبوكسيد مشكلاً كحول ثانوي أو ثالثي. فعلى سبيل المثال تختزل مركبات إيبوكسي حلقي الهكسان بواسطة LAH، لتعطي الكحولات المحورية بشكل مفضل.[30]
يمكن الحصول على الأمينات باستخدام هيدريد ألومنيوم الليثيوم في اختزال الأميدات،[31][32] أو الأكسيمات[33] أو النتريلات أو مركبات النترو والأزيدات الموافقة.
يمكن استخدام هيدريد ألومنيوم الليثيوم في اختزال هاليدات الألكيل إلى الألكانات، إلا أن هذا التفاعل لا يطبق إلا نادرًا،[34][35] ووجد أن يوديدات الألكيل هي الأسرع في التفاعل، يليها البروميدات ثم الكلوريدات. أما بالنسبة لتفرع السلسلة الكربونية، فإن الهاليدات الأولية هي الأكثر نشاطًا كيمائيًا، ثم الهاليدات الثانوية. أما الهاليدات الثالثية، فتتفاعل عند شروط معينة.[36] بالمقابل فإن هيدريد ألومنيوم الليثيوم لا يقوم باختزال الألكينات البسيطة، والأرينات، أما الألكاينات فتختزل فقط عند وجود مجموعة كحول قريبة.[37]
كما يقوم هيدريد ألومنيوم الليثيوم بالتفاعل مع العديد من الربيطات اللاعضوية، ليشكل معقدات تساندية للألومنيوم، والتي تساهم أيونات الليثيوم فيها:[21]
تخزين الهيدروجين
يحوي هيدريد ألومنيوم الليثيوم على 10.6% من وزنه هيدروجين، مما يجعل من LAH وسطًا ملائمًا لتخزين الهيدروجين من أجل الاستخدام في خلايا الوقود، إلا أن تفاعل تحرير الهيدروجين يتطلب درجات حرارة مرتفعة نسبيًا (فوق 400 °م)، وهو ما يُشكل عائقًا للاستخدام في خلايا الوقود المستعملة في وسائط النقل. بالإضافة إلى ذلك، فإن هناك مشكلة في إعادة تدوير LiAlH4، والذي يتطلب ضغطًا مرتفعًا جدًا من الهيدروجين بحوالي 10,000 بار،[38] إلا أن الأبحاث لا زالت مستمرة حول هذا الموضوع.
مركبات مشابهة
هنالك العديد من الأملاح المشابهة في تركيبها لهيدريد ألومنيوم الليثيوم، فللحصول على هيدريد ألومنيوم الصوديوم فإن LAH يتفاعل مع هيدريد الصوديوم بتفاعل استبدال في وسط من رباعي هيدرو الفوران:
تجدر الإشارة إلى أنه يمكن الحصول على LAH من هيدريد ألومنيوم الصوديوم أو البوتاسيوم، بالتفاعل مع كلوريد أو هيدريد الليثيوم في وسط من ثنائي إيثيل الإيثر أو رباعي هيدرو الفوران.[39]
أما هيدريد ألومنيوم المغنسيوم (ألانات المغنسيوم)، فتحضر من تفاعل LAH مع بروميد المغنسيوم،[40] حسب المعادلة:
^Finholt، A. E.؛ Bond، A. C.؛ Schlesinger، H. I. (1947). Journal of the American Chemical Society. ج. 69: 1199. DOI:10.1021/ja01197a061. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)
^A. E. Finholt, A. C. Bond, H. I. Schlesinger: Lithium Aluminum Hydride, Aluminum Hydride and Lithium Gallium Hydride, and Some of their Applications in Organic and Inorganic Chemistry, in: J. Am. Chem. Soc.1947, 69, 1199–1203.
^Løvvik, O.M.; Opalka, S.M.; Brinks, H.W.; Hauback, B.C. (2004). "Crystal structure and thermodynamic stability of the lithium alanates LiAlH4 and Li3AlH6". Physical Review B. ج. 69: 134117. DOI:10.1103/PhysRevB.69.134117.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
^Pohanish، Richard P. (2008). Sittig's Handbook of Toxic and Hazardous Chemicals and Carcinogens (ط. 5th). William Andrew Publishing. ص. 1540. ISBN:978-0-8155-1553-1.
^ ابMikheeva، V. I.؛ Troyanovskaya، E. A. (1971). "Solubility of lithium aluminum hydride and lithium borohydride in diethyl ether". Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR Division of Chemical Science. ج. 20: 2497. DOI:10.1007/BF00853610.
^ ابجDymova T. N.; Aleksandrov, D. P.; Konoplev, V. N.; Silina,T. A.; Sizareva; A. S. (1994). Russ. J. Coord. Chem. ج. 20: 279. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
^Dilts، J. A.؛ Ashby، E. C. (1972). "Thermal decomposition of complex metal hydrides". Inorganic Chemistry. ج. 11: 1230. DOI:10.1021/ic50112a015.
^ ابجBlanchard، D؛ Brinks، H؛ Hauback، B؛ Norby، P (2004). "Desorption of LiAlH4 with Ti- and V-based additives". Materials Science and Engineering B. ج. 108: 54. DOI:10.1016/j.mseb.2003.10.114.
^Chen، Jun؛ Kuriyama، Nobuhiro؛ Xu، Qiang؛ Takeshita، Hiroyuki T.؛ Sakai، Tetsuo (2001). "Reversible Hydrogen Storage via Titanium-Catalyzed LiAlH4and Li3AlH6". The Journal of Physical Chemistry B. ج. 105: 11214. DOI:10.1021/jp012127w..
^Balema، V (2000). "Solid state phase transformations in LiAlH4 during high-energy ball-milling". Journal of Alloys and Compounds. ج. 313: 69. DOI:10.1016/S0925-8388(00)01201-9.
^ ابAndreasen، A (2006). "Effect of Ti-doping on the dehydrogenation kinetic parameters of lithium aluminum hydride". Journal of Alloys and Compounds. ج. 419: 40. DOI:10.1016/j.jallcom.2005.09.067.
^Andreasen، A؛ Pedersen، A S؛ Vegge، T (2005). "Dehydrogenation kinetics of as-received and ball-milled LiAlH4". Journal of Solid State Chemistry. ج. 178: 3672. DOI:10.1016/j.jssc.2005.09.027.
^Balema، V؛ Wiench، J. W.؛ Dennis، K. W.؛ Pruski، M.؛ Pecharsky، V. K. (2001). "Titanium catalyzed solid-state transformations in LiAlH4 during high-energy ball-milling". Journal of Alloys and Compounds. ج. 329: 108. DOI:10.1016/S0925-8388(01)01570-5.
^Smith، Martin B.؛ Bass، George E. (1963). "Heats and Free Energies of Formation of the Alkali Aluminum Hydrides and of Cesium Hydride". Journal of Chemical & Engineering Data. ج. 8: 342. DOI:10.1021/je60018a020.
^Brown, H. C. (1951). Org. React. ج. 6: 469. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)
^Reetz, M. T.; Drewes, M. W.; Schwickardi, R. Organic Syntheses, Coll. Vol. 10, p.256 (2004); Vol. 76, p.110 (1999). (Article) نسخة محفوظة 05 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Oi, R.; K. Barry Sharpless|Sharpless, K. B. Organic Syntheses, Coll. Vol. 9, p.251 (1998); Vol. 73, p.1 (1996). (Article) نسخة محفوظة 17 فبراير 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Koppenhoefer, B.; Schurig, V. Organic Syntheses, Coll. Vol. 8, p.434 (1993); Vol. 66, p.160 (1988). (Article) نسخة محفوظة 05 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Barnier, J. P.; Champion, J.; Conia, J. M. Organic Syntheses, Coll. Vol. 7, p.129 (1990); Vol. 60, p.25 (1981). (Article) نسخة محفوظة 05 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Elphimoff-Felkin, I.; Sarda, P. Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, p.769 (1988); Vol. 56, p.101 (1977). (Article) نسخة محفوظة 06 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Rickborn، Bruce؛ Quartucci، Joe (1964). "Stereochemistry and Mechanism of Lithium Aluminum Hydride and Mixed Hydride Reduction of 4-t-Butylcyclohexene Oxide". The Journal of Organic Chemistry. ج. 29: 3185. DOI:10.1021/jo01034a015.
^Seebach, D.; Kalinowski, H.-O.; Langer, W.; Crass, G.; Wilka, E.-M. Organic Syntheses, Coll. Vol. 7, p.41 (1990). (Article) نسخة محفوظة 06 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Park, C. H.; Simmons, H. E. Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, p.382 (1988); Vol. 54, p.88 (1974). (Article) نسخة محفوظة 06 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Chen, Y. K.; Jeon, S.-J.; Walsh, P. J.; Nugent, W. A. Organic Syntheses, Vol. 82, p.87 (2005). (Article) نسخة محفوظة 06 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^Johnson، J. Enoch؛ Blizzard، Ronald H.؛ Carhart، Homer W. (1948). "Hydrogenolysis of alkyl halides by lithium aluminum hydride". Journal of the American Chemical Society. ج. 70 ع. 11: 3664. DOI:10.1021/ja01191a035. PMID:18121883.
^Krishnamurthy، S.؛ Brown، Herbert C. (1982). "Selective reductions. 28. The fast reaction of lithium aluminum hydride with alkyl halides in THF. A reappraisal of the scope of the reaction". The Journal of Organic Chemistry. ج. 47: 276. DOI:10.1021/jo00341a018.
^Wender, P. A.; Holt, D. A.; Sieburth, S. Mc N. Organic Syntheses, Coll. Vol. 7, p.456 (1990); Vol. 64, p.10 (1986). (Article) نسخة محفوظة 06 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
^ ابSanthanam، Ranganathan؛ Sean Mcgrady، G. (2008). "Synthesis of alkali metal hexahydroaluminate complexes using dimethyl ether as a reaction medium". Inorganica Chimica Acta. ج. 361: 473. DOI:10.1016/j.ica.2007.04.044.
^Wiberg, Egon; Wiberg, Nils and Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. ص. 1056. ISBN:0123526515. مؤرشف من الأصل في 2020-03-26.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)