三氯化钛

✍ dations ◷ 2025-06-08 13:11:48 #钛化合物,氯化物,金属卤化物,催化剂,还原剂

三氯化钛或称氯化钛(III),是钛的氯化物之一,化学式为TiCl3。三氯化钛是常见的钛化合物之一,在工业上主要用作烯烃聚合反应的催化剂。

固态TiCl3有四种结晶变体,分别称为α-、β-、γ-、δ-变体,可由晶体学以及磁交换研究加以确定。α-、β-和δ-变体都为六方结构,α-和β-变体的晶格参数几乎是相等的。

β-TiCl3变体为棕色针状结晶,只能在较低温度下制得。其结构如右栏的上图,是由TiCl6八面体组成的直线形聚合物,含有卤桥,八面体间共用相对的底面,Ti-Ti距离为2.91Å,比其他三种变体要小得多。β-变体中由于金属-金属相互作用的增大,它的磁矩(< 0.78 B.M.)比α-变体要小得多(1.31 B.M.)。

α-、γ-和δ-变体都为紫色固体,基本上都具有层状晶格。α-TiCl3中的氯离子为六方紧密堆积结构,γ-TiCl3中的氯离子为立方紧密堆积。这两种结构的中间类型为δ-变体,X射线晶体学表明其结构中存在无序性。右栏下图展示了它的TiCl6八面体单元。

以上变体中的TiCl6单元间共顶点,Ti-Ti距离为3.60Å,比β-变体中要长得多。

三氯化钛中,每个钛原子有1个电子,因此大多数变体都是顺磁性的。与其不同,同族铪和锆的三卤化物中金属-金属作用很强,呈现反磁性。

三氯化钛的溶液的紫色可归咎于对其电子的激发。但由于跃迁禁阻,因此颜色并不强烈。

三氯化钛可与氯化铯和六氯苯反应生成CsTi2Cl7晶体,含有摩尔比为1:2的CsCl与TiCl3。CsCl3与Cl4单元按ABAC的顺序堆积,四分之一的八面体空隙被Ti3+所占据。

三氯化钛是用于烯烃聚合反应的齐格勒-纳塔催化剂组分之一,催化机理与配位数不足6的钛原子形成的空隙有关,根据制备方法不同,催化活性有很大差异。

TiCl3可以生成很多配合物,大多为八面体型,配位原子为O-或N-。三氯化钛与四氢呋喃回流时,会生成淡蓝色的晶体加合物TiCl3(THF)3

与二甲胺配位生成暗绿色的中性产物:

TiCl3与乙酰丙酮反应生成三(乙酰丙酮)配合物:

产物用作聚乙烯催化剂中纤维素薄膜的交联剂。空气氧化Ti(acac)3得到橙黄色的TiO(acac)2,不具有交联作用。

三氯化钛在450°C歧化为二氯化钛和四氯化钛,在200°C以上发生氨解。它还可与很多一价卤化物生成通式为A3TiCl6的产物,结构依阳离子性质而定。

三氯化钛一般是通过还原四氯化钛制得的,还原剂可以是氢气、钛单质或其他金属。用氢气还原时,氢气与四氯化钛的混合蒸汽通过800°C的石英管,使三氯化钛冷凝在一支冷指管中,产率约为10%。若反应物中的四氯化钛保持过量,则不会有进一步还原的二氯化钛生成。

三氯化钛也可通过溶液中还原TiIV得到。惰性气体存在下,三氯化钛的水溶液比较稳定,六水合物TiCl3·6H2O也已经制得。与Cr(III)离子类似,该化合物具有水合异构,Cl−全部处于外界的异构体Cl3呈紫色,部分处于外界的异构体+Cl−·2H2O呈绿色。

三氯化钛一般以与三氯化铝形成的化合物出售,AlCl3·3TiCl3,它可以被转化为TiCl3(THF)3

分析化学中分析试样中钛的含量时,先用琼斯还原剂(Jones reductor,锌汞齐)将TiIV还原为Ti3+,再用过量Fe3+在1M的H2SO4中处理反应后的溶液,使其被还原为Fe2+,最后滴定Fe2+含量便可得知原试样中钛的含量。

三氯化钛也用于有机合成中,主要用作还原剂,可用于合成咪唑啉衍生物。它也可用作McMurry等反应中的催化剂。

三氯化钛及其大部分配合物在空气中会迅速被氧化,因此对这些化合物的研究都应在惰性气体氛(如氮气、氩气)中进行,最好是在真空管路中。

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