Đồng(I) clorua

Đồng(I) clorua là hợp chất clorua của đồng có hóa trị một, công thức hóa học là CuCl. Hợp chất này là chất rắn màu trắng, rất ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung dịch acid hydrochloric đậm đặc. Các mẫu không tinh khiết thường có màu xanh lá cây do lẫn đồng(II) clorua (CuCl2).

Lịch sử hình thành

Giữa thế kỷ 17, Robert Boyle là người đầu tiên điều chế ra đồng(I) clorua bằng cách kết hợp thủy ngân(II) clorua với kim loại đồng.

HgCl
2 + 2 Cu → 2 CuCl + Hg

Năm 1799, JL Proust đã mô tả hai loại clorua đồng khác nhau. Ông điều chế CuCl bằng cách nung nóng CuCl
2 trong môi trường không có không khí, loại bỏ một nửa lượng chlor trong mẫu, sau đó lọc bỏ phần CuCl
2 dư bằng cách rửa bằng nước.

Dung dịch acid của CuCl từng được sử dụng để phân tích hàm lượng carbon monoxide trong khí, ví dụ như trong thiết bị phân tích khí của Hempel, dùng CuCl để hấp thụ carbon monoxide. Ứng dụng này rất phổ biến trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 khi khí than được sử dụng rộng rãi để sưởi ấm và chiếu sáng.

Quy trình điều chế

Đồng(I) clorua được sản xuất công nghiệp bằng cách cho kim loại đồng phản ứng trực tiếp với khí chlor ở nhiệt độ 450–900 °C.

2 CuCl
2 + SO
2 + 2 H
2O → 2 CuCl + H
2SO
4 + 2 HCl

2 CuCl
2 + C
6H
8O
6 → 2CuCl + 2HCl + C
6H
6O
6

Đồng(I) clorua cũng có thể được tổng hợp bằng cách khử đồng(II) clorua bằng sulfur dioxide hoặc acid ascorbic (vitamin C) với vai trò là tác nhân khử.

2 Cu + Cl
2 → 2 CuCl

Có thể sử dụng nhiều loại chất khử khác nhau để thực hiện phản ứng này.

Đặc điểm

Đồng(I) clorua có cấu trúc tinh thể lập phương ở nhiệt độ phòng. Khi đun nóng đến 408 °C, cấu trúc của nó chuyển thành dạng lục giác. Dưới áp suất cao (vài GPa), xuất hiện một số dạng tinh thể khác của CuCl.

Đồng(I) chloride là một acid Lewis, được phân loại là 'mềm' theo lý thuyết acid-base cứng-mềm (HSAB). Điều này cho phép hợp chất này hình thành phức chất với các base Lewis 'mềm' như triphenylphosphine.

4 CuCl + 4 P(C
6H
5)
3 → {CuCl[P(C
6H
5)
3]}
4

CuCl + 2 P(C
6H
5)
3 → CuCl[P(C
6H
5)
3)]
2

CuCl + 3 P(C
6H
5)
3 → CuCl[P(C
6H
5)
3)]
3

CuCl cũng có khả năng tạo phức với các halide. Ví dụ, khi H
3O+
CuCl−
2 hình thành acid hydrochloric đậm đặc. Chloride bị CN−
và S
2O
32-
thay thế.

Dung dịch CuCl trong HCl hấp thụ carbon monoxide để tạo ra các phức không màu như dimer chứa cầu chloride [CuCl(CO)]
2. Các dung dịch acid hydrochloric cũng phản ứng với khí acetylen để tạo thành [CuCl(C
2H
2)]. Dung dịch amonia của CuCl phản ứng với acetylen tạo thành đồng(I) acetylide dễ nổ Cu
2C
2. Để điều chế phức alken của CuCl, ta khử CuCl
2 bằng lưu huỳnh dioxide trong sự có mặt của alken trong dung dịch alcohol. Các phức chất với dien như 1,5-cyclooctadien rất ổn định:

Khi đồng(I) chloride tiếp xúc với nước, nó xảy ra quá trình tự oxy hóa khử từ từ.

2 CuCl → Cu + CuCl
2

Vì quá trình tự oxy hóa khử này, các mẫu CuCl khi tiếp xúc với không khí sẽ có màu xanh lục.

Ứng dụng

Đồng(I) chloride chủ yếu được sử dụng làm tiền chất cho thuốc diệt nấm đồng oxychloride (hoặc đồng trihydroxyl chloride). Để tạo ra thuốc diệt nấm này, dung dịch đồng(I) chloride được sản xuất qua phản ứng hợp phân (comproportionation hoặc synproportionation) và sau đó được oxy hóa trong không khí.

Cu + CuCl
2 → 2 CuCl

4 CuCl + O
2 + 2 H
2O → Cu
3Cl
2(OH)
4 + CuCl
2

Đồng(I) chloride xúc tác cho nhiều phản ứng hữu cơ khác nhau như đã thảo luận ở trên. Ái lực của hợp chất với carbon monoxide khi có mặt nhôm chloride được khai thác trong quy trình COPure.

Trong tổng hợp hữu cơ

CuCl được sử dụng làm chất đồng xúc tác (co-catalyst) với carbon monoxide, nhôm chloride và hydro chloride trong phản ứng Gatterman-Koch để tạo thành benzaldehyde.

Trong phản ứng Sandmeyer, việc xử lý muối arenediazoni bằng CuCl sẽ tạo ra aryl chloride. Ví dụ:

Phản ứng này có tính linh hoạt cao, cho phép tổng hợp nhiều loại hợp chất hữu cơ khác nhau và đạt hiệu suất tốt.

Các nhà nghiên cứu ban đầu đã phát hiện rằng halide đồng(I) xúc tác cho phản ứng cộng 1,4 của tác nhân Grignard với ketone không bão hòa ở vị trí alpha, beta, dẫn đến sự phát triển của tác nhân cơ-đồng hiện nay được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ.

Khám phá này đã thúc đẩy sự phát triển của hợp chất cơ-đồng. Ví dụ, CuCl phản ứng với methyllithi (CH
3Li) để tạo ra 'tác nhân Gilman' như (CH
3)
2CuLi, được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ. Tương tự, tác nhân Grignard cũng tạo thành các hợp chất cơ-đồng. Mặc dù các hợp chất đồng(I) như đồng(I) iodide thường được dùng trong các phản ứng này, trong một số trường hợp, đồng(I) chloride vẫn được khuyến khích sử dụng.

Các ứng dụng khác

CuCl được sử dụng làm xúc tác trong phương pháp trùng hợp gốc chuyển nhượng nguyên tử tự do (ATRP). CuCl còn được dùng trong sản xuất pháo hoa để tạo ra màu xanh lam/xanh lục. Khi đốt đồng chloride, ngọn lửa sẽ có màu xanh lục, tương tự như tất cả các hợp chất đồng khác.

Hiện diện trong tự nhiên

Dạng tự nhiên của CuCl là khoáng vật nantokite, một loại khoáng vật hiếm gặp.