Natriumhydrid

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Natriumhydrid wird in jedem organisch-chemischen Praktikum zur Deprotonierung von C-H-aciden Verbindungen oder Alkoholen genutzt – aber wie wird es hergestellt? Ein kurzer Artikel über die Darstellung von Natriumhydrid.

Darstellung von Natriumhydrid

Verfahren nach Zintl und Harder

Zur Darstellung von Natriumhydrid verwendet man eine Hydrierungsapparatur nach Zintl u. Harder: [a]

In einem Rohr aus Quarzglas befindet sich ein Stahlrohr, das durch mehrtägiges Erhitzen auf 900 °C in feuchtem Wasserstoff entkohlt wurde (so ist es vor der Einwirkung von Alkalimetalldämpfen geschützt). In diesem Rohr befindet sich ein Eisenschiffchen in einem einseitig geschlossenen Zylinder aus Eisenblech. Das Rohr wird sorgfältig vakuumiert und sauerstofffreier Elektrolytwasserstoff eingeleitet, anschließend wird längere Zeit auf Rotglut erhitzt (in einem elektrischen Röhrenofen) bis die Apparatur (unter Vakuum stehend) abkühlt. [a]

Kristallstruktur von Natriumhydrid: Natriumhydrid ist eine ionische, salzartige Verbindung: Es hat die Struktur eines Ionengitters, das der Natriumchlorid-Struktur ähnelt.
Kristallstruktur von Natriumhydrid: Natriumhydrid ist eine ionische, salzartige Verbindung: Es hat die Struktur eines Ionengitters, das der Natriumchlorid-Struktur ähnelt.

Das metallische Natrium wird vor der Verwendung mehrmals in wasserfreiem Xylol umgeschmolzen (zur Entfernung anhaftender schwerflüchtiger Kohlenwasserstoffe) und dann möglichst oxidfrei in das Schiffchen eingebracht. Die Apparatur wird nun erneut evakuiert, das Schiffchen und der einseitig verschlossene Zylinder werden auf ca. 325 °C +/- 25°C erhitzt. [a]

Verflüchtigtes Natrium kondensiert im Stahlrohr. Nach erneutem Abkühlen wird im strömenden Wasserstoff der Zylinder samt Schiffchen mit den darin zurückgebliebenen Verunreinigungen herausgezogen. Bei einem Bar Wasserstoff (ruhend) wird das Stahlrohr sehr langsam auf 300-400 °C erhitzt, dadurch verdampft das Natrium und das in der Gasphasenreaktion entstehende Hydrid setzt sich am Quarzglasrohr in Form watteähnlicher Aggregate aus farblosen, feinen und nadelförmigen Kristallen ab. Bei zu schnellem Erhitzen des Metalle ist das Hydrid mit metallischem Natrium verunreinigt. Wasserstoff wird ggf. Nachreguliert, um den Druck bei einem Bar zu halten. Zeigt das Manometer innerhalb eines Tages keine Druckabnahme mehr an, wird bei strömendem Wasserstoff mit einem, an einen langen Glasstab angeschmolzenen, Platinlöffel das Hydrid in ein angeschlossenes Auffangrohr gebracht, von dort aus kann das Hydrid unter strömendem Schutzgas in andere Gefäße gefüllt werden. [a]

Verfahren nach Tamelen und Fechter

Graues Natriumhydrid als feines Pulver
Graues Natriumhydrid. | Foto: И.С. Непоклонов (CC BY-SA 3.0)

Ein Verfahren zur drucklosen Synthese von Natriumhydrid aus Wasserstroff und elementarem Natrium bei Raumtemperatur geben Tamelen und Fechter an. [b, 1] Bei der durch Tetraisopropylorthotitanat in Gegenwart von Naphthalin katalysierten Reaktion (in THF) wird ein grau verfärbtes Produkt erhalten. [b]

Verfahren nach Ziegler et al.

Ein anderes Verfahren zur Erzeugung einer feinen Suspension von Natriumhydrid erhält man durch das Syntheseverfahren von Ziegler, Gellert, Martin, Nagel und Schneider: [c] In einem Suspensionsmittel (z. B. Hexan, Heptan, Cyclohexan, …[2]) wir metallisches Natrium unter starkem Rühren in einem Magnetrührautoklaven auf ca. 200 °C erhitzt – dabei wird Wasserstoff mit Hilfe eines Kompressors aufgerückt. Am Ende wird für ca. 3 h nochmals auf ca. 300 °C erhitzt; man erhält eine grobkörnige Suspension, die nass vermahlen wird (Kugelmühle). [c]

Eine drucklose Hydrierung in Suspension wurde von Mattson und Whaley beschrieben. [d]

Anmerkungen

[1] Lesenswerte Publikation: Titanium-naphthalene-catalyzed synthesis of sodium hydride from the elements at room temperature and atmospheric pressure

[2] Aromatische Suspensionsmittel sind nicht geeignet, da Natriumhydrid bei hohen Temperaturen ein sehr wirksamer Hydrierkatalysator ist und daher kontinuierlich Wasserstoff durch Hydrierung des Suspensionsmittels verloren geht.

Einzelnachweise

[a] E. Zintl u. A. Harder, Z. Physik. Chem. 14. 265 (1931)

[b] E. E. v. Tamelen, R. B. Fechter, J. Amer. Chem. Soc. 90, 6854 (1968)

[c] K. Ziegler, H.-G. Gellert, H. Martin, K. Nagelu. J. Schneider, Liebigs Ann. Chem. 589, 91-121(1954) -> mit dieser Arbeit wird – unter Umbenennung – die Serie von K. Ziegler „Untersuchungen über alkali-organische Verbindungen“ fortgesetzt.

[d] Mattson, Whaley, Inorg. Synth., 5, 10 (1957)

Literaturverweise

G. Brauer, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 2. Aufl., Ferdinand Enke‐Verlag Stuttgart, 1962.

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