Pentaborane

Le pentaborane, également appelé pentaborane stable et pentaborane(9) pour le distinguer du pentaborane(11), est un hydrure de bore de formule chimique B₅H₉. C'est l'un des boranes les plus courants, bien qu'il soit très réactif. Il se présente sous la forme d'un liquide incolore diamagnétique à l'odeur âcre. En raison de sa très grande réactivité avec l'oxygène, il a été considéré dans les années 1950 en URSS et aux États-Unis comme un ergol prometteur en astronautique, et était alors qualifié de « carburant exotique ». En raison de la couleur verte caractéristique de la flamme produite par la combustion des composés du bore, le pentaborane avait été surnommé « Green Dragon » dans l'industrie américaine.

Pentaborane
Structure du pentaborane(9)
Identification
Nom UICPA	nido-pentaborane(9)
Synonymes	pentaborane stable, 2,3:2,5:3,4:4,5-tétra-μH-nido-pentaborane(9)
No CAS	19624-22-7
No ECHA	100.039.253
No CE	243-194-4
No RTECS	RY8925000
ChEBI	33591
SMILES	[H][B]123[B]456([H])[H][B]141([H])[H][B]211([H])[H][B]351([H])[H]6 PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/B5H9/c6-2-1-3(2,6)5(1,8-3)4(1,2,7-2)9-5/h1-5H Std. InChIKey : XPIBKKWNZBDJNI-UHFFFAOYSA-N
Apparence	liquide incolore, d'odeur âcre.
Propriétés chimiques
Formule	H9B5B5H9
Masse molaire	63,126 ± 0,036 g/mol H 14,37 %, B 85,63 %,
Moment dipolaire	2,13 ± 0,04 D
Propriétés physiques
T° fusion	−47 °C
T° ébullition	60 °C
Solubilité	dans l'eau : réaction
Masse volumique	0,6 g·cm-3
T° d'auto-inflammation	~35 °C
Point d’éclair	30 °C (coupelle fermée)
Limites d’explosivité dans l’air	0,42–98 %vol
Pression de vapeur saturante	22,8 kPa à 20 °C
Précautions
SIMDUT
B2, B6, D1A, D2B, B2 : Liquide inflammable B6 : Matière réactive inflammable D1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats graves D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
4 4 4
Transport
333    1380    Code Kemler : 333 : matière liquide pyrophorique Numéro ONU : 1380 : PENTABORANE Classe : 4.2 Code de classification : ST3 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée, toxiques : Inorganiques, toxiques, liquides ; Étiquettes : 4.2 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée 6.1 : Matières toxiques Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses ;
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Structure, synthèse et propriétés

La molécule de pentaborane est constituée de cinq atomes de bore disposés selon un arrangement pyramidal à base carrée. Chaque atome de bore est lié à un ligand hydrure terminal, tandis que quatre ligands hydrure pontants sont liés aux atomes de bore de la base. L'ensemble est qualifié de cage nido, d'où la dénomination IUPAC de nido-pentaborane(9).

Le pentaborane a été préparé pour la première fois par pyrolyse du diborane B₂H₄ à environ 200 °C. Une meilleure voie de synthèse part de l'anion [B₃H₈]⁻, converti en bromure [B₃H₇Br]⁻ par le bromure d'hydrogène HBr, bromure dont la pyrolyse donne du pentaborane :

5 [B₃H₇Br]⁻ → 3 B₅H₉ + 5 Br⁻ + 4 H₂.

Le pentaborane se décompose au-dessus de 150 °C en libérant de l'hydrogène H₂, ce qui peut provoquer des surpressions dangereuses si cela se produit dans une enceinte fermée. Il est bien plus stable en présence d'eau que le diborane. Il est soluble dans les hydrocarbures comme le benzène C₆H₆ et le cyclohexane C₆H₁₂, ainsi que dans les graisses, y compris celles utilisées dans les équipements de laboratoire. Sa décomposition lors du stockage demeure limitée, en libérant de l'hydrogène avec un résidu solide.

Réactions

La chimie du pentaborane est variée. L'halogénation donne un dérivé symétrique B₅H₈X, avec l'halogène sur le sommet de la pyramide, qui peut être isomérisé pour placer l'halogène sur l'un des atomes de bore de la base carrée de la pyramide.

Avec les bases fortes, comme les organolithiens, il peut être déprotoné, et les sels de lithium qui en résultent réagissent avec divers électrophiles pour donner des dérivés substitués.

C'est un acide de Lewis, qui forme des adduits doubles avec deux équivalents de triméthylphosphine P(CH₃)₃.

Le pentaborane est utilisé pour synthétiser d'autres boranes.

Risques

Les vapeurs de pentaborane sont plus lourdes que l'air et peuvent former des concentrations explosives dès au-dessus de 30 °C. C'est un composé pyrophorique, c'est-à-dire qu'il s'enflamme spontanément au contact de l'air. Il forme facilement des composés explosifs sensibles aux chocs, et réagit violemment avec certaines substances utilisées pour combattre les incendies, notamment l'eau et les halogénoalcanes (et les hydrocarbures halogénés en règle générale). Il est très toxique, et les symptômes d'une intoxication à faible concentration peuvent se manifester jusqu'à 48 heures après l'exposition. Sa toxicité aiguë est comparable à celle de certains agents innervants.

La limite d'exposition fixée aux États-Unis par l'OSHA et le NIOSH est de 0,005 ppm (0,01 mg·m^-3) sur une période de huit heures, avec une limite d'exposition à court terme de 0,015 ppm (0,03 mg·m^-3). La toxicité aiguë du pentaborane le rend immédiatement dangereux pour la santé et pour la vie au-delà de 1 ppm.