Borohidruro de litio

 
Borohidruro de litio

Célula unitaria de borohidruro de litio a temperatura ambiente
General
Fórmula molecular LiBH4
Identificadores
Número CAS 16949-15-8[1]​
Número RTECS ED2725000
ChemSpider 55732
PubChem 4148881
UNII 8L87X4S4KP
InChI=InChI=1S/BH4.Li/h1H4;/q-1;+1
Key: UUKMSDRCXNLYOO-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar 22,057 g/mol
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El borohidruro de litio (LiBH4) es un borohidruro conocido en síntesis orgánica como agente reductor de ésteres. Aunque es menos común que el borohidruro de sodio, la sal de litio ofrece algunas ventajas, ya que es un agente reductor más potente y muy soluble en éteres, y su manipulación es más segura que la del hidruro de litio y aluminio.[2]​

Preparación

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El borohidruro de litio puede prepararse mediante la reacción de metátesis, que se produce al moler el borohidruro de sodio y el bromuro de litio más comúnmente disponibles:[3]​

   NaBH4 + LiBr → NaBr + LiBH4

Alternativamente, puede sintetizarse tratando trifluoruro de boro con hidruro de litio en éter dietílico:[4]​

   BF3 + 4 LiH → LiBH4 + 3 LiF

Reacciones

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El borohidruro de litio es útil como fuente de hidruro (H-). Puede reaccionar con una serie de sustratos carbonílicos y otras estructuras de carbono polarizadas para formar un enlace hidrógeno-carbono. También puede reaccionar con sustancias ácidas de Brønsted-Lowry (fuentes de H+) para formar hidrógeno gaseoso.

Reacciones de reducción

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Como agente reductor de hidruros, el borohidruro de litio es más potente que el borohidruro de sodio[5]​[6]​ pero más débil que el hidruro de litio y aluminio.[7]​ A diferencia del análogo de sodio, puede reducir ésteres a alcoholes, nitrilos y amidas primarias a aminas, y puede abrir epóxidos. La reactividad mejorada en muchos de estos casos se atribuye a la polarización del sustrato carbonilo por complejación con el catión litio.[2]​ A diferencia del análogo de aluminio, no reacciona con grupos nitro, ácidos carbámicos, haluros de alquilo o amidas secundarias y terciarias.

Generación de hidrógeno

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El borohidruro de litio reacciona con el agua para producir hidrógeno. Esta reacción puede utilizarse para la generación de hidrógeno.[8]​

Aunque esta reacción suele ser espontánea y violenta, se pueden preparar soluciones acuosas algo estables de borohidruro de litio a baja temperatura si se utiliza agua destilada y desgasificada y se evita cuidadosamente la exposición al oxígeno.[9]​

Almacenamiento de energía

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Densidad energética volumétrica frente a gravimétrica
Esquema del reciclado del borohidruro de litio. Los insumos son borato de litio e hidrógeno.

El borohidruro de litio es conocido como uno de los vectores energéticos químicos de mayor densidad energética. Aunque actualmente carece de importancia práctica, el sólido libera 65 MJ/kg de calor al ser tratado con oxígeno atmosférico. Dado que tiene una densidad de 0,67 g/cm3, la oxidación del borohidruro de litio líquido da 43 MJ/L. En comparación, la gasolina da 44 MJ/kg (o 35 MJ/L), mientras que el hidrógeno líquido da 120 MJ/kg (o 8,0 MJ/L)[nb 1]​ La alta densidad energética específica del borohidruro de litio lo ha convertido en un candidato atractivo para proponer como combustible de automóviles y cohetes, pero a pesar de la investigación y la promoción, no se ha utilizado ampliamente. Como ocurre con todos los vectores energéticos basados en hidruros químicos, el borohidruro de litio es muy complejo de reciclar (es decir, de recargar) y, por tanto, adolece de una baja eficiencia de conversión energética. Mientras que baterías como las de iones de litio tienen una densidad energética de hasta 0,72 MJ/kg y 2,0 MJ/L, su eficiencia de conversión CC-CC puede llegar al 90%.[10]​ Dada la complejidad de los mecanismos de reciclaje de los hidruros metálicos,[11]​ estas eficiencias de conversión energética tan elevadas no resultan prácticas con la tecnología actual.

Comparación de las propiedades físicas
Sustancia Energía específica, MJ/kg Densidad, g/cm3 Densidad energética, MJ/L
LiBH4 065.20 0.6660 43.4
Gasolina normal 044.00 0.7200 34.8
Hidrógeno líquido 120.00 0.0708 8
Batería de ion de litio 000.72 2.8000 2

Notas

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  1. ↑ La mayor relación entre densidad energética y energía específica del hidrógeno se debe a su bajísima densidad de masa (0,071 g/cm3).

Referencias

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  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ a b Luca Banfi, Enrica Narisano, Renata Riva, Ellen W. Baxter, "Lithium Borohydride" e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2001, John Wiley & Sons. doi 10.1002/047084289X.rl061.pub2.
  3. ↑ Peter Rittmeyer, Ulrich Wietelmann, "Hydrides" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a13_199.
  4. ↑ Brauer, Georg (1963). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 1 (2nd edición). New York: Academic Press. p. 775. ISBN 978-0121266011. 
  5. ↑ Barrett, Anthony G. M. (1991). «Reduction of Carboxylic Acid Derivatives to Alcohols, Ethers and Amines». En Trost, Barry; Fleming, Ian; Schreiber, Stuart, eds. Reduction: Selectivity, Strategy & Efficiency in Modern Organic Chemistry (1st edición). New York: Pergamon Press. p. 244. ISBN 9780080405995. doi:10.1016/B978-0-08-052349-1.00226-2. 
  6. ↑ Ookawa, Atsuhiro; Soai, Kenso (1986). «Mixed solvents containing methanol as useful reaction media for unique chemoselective reductions within lithium borohydride». The Journal of Organic Chemistry 51 (21): 4000-4005. doi:10.1021/jo00371a017. 
  7. ↑ Ookawa, Atsuhiro; Soai, Kenso (1986). «Mixed solvents containing methanol as useful reaction media for unique chemoselective reductions within lithium borohydride». The Journal of Organic Chemistry 51 (21): 4000-4005. doi:10.1021/jo00371a017. 
  8. ↑ Kojima, Yoshitsugu; Kawai, Yasuaki; Kimbara, Masahiko; Nakanishi, Haruyuki; Matsumoto, Shinichi (August 2004). «Hydrogen Generation by Hydrolysis Reaction of Lithium Borohydride». International Journal of Hydrogen Energy 29 (12): 1213-1217. doi:10.1016/j.ijhydene.2003.12.009. 
  9. ↑ Banus, M. Douglas; Bragdon, Robert W.; Gibb, Thomas R. P., Jr (1952). «Preparation of Quaternary Ammonium Borohydrides from Sodium and Lithium Borohydrides». J. Am. Chem. Soc. 74 (9): 2346-2348. doi:10.1021/ja01129a048. 
  10. ↑ Valøen, Lars Ole and Shoesmith, Mark I. (2007). The effect of PHEV and HEV duty cycles on battery and battery pack performance (PDF). 2007 Plug-in Highway Electric Vehicle Conference: Proceedings. Retrieved 11 June 2010.
  11. ↑ Patente USPTO n.º 4002726 (1977) lithium borohydride recycling from lithium borate via a methyl borate intermediate.

Enlaces externos

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