Ytterbium(III)-chlorid

Ytterbium(III)-chlorid ist eine anorganische chemische Verbindung des Ytterbiums und zählt zu den Chloriden. Neben diesem ist mit Ytterbium(II)-chlorid ein weiteres Ytterbiumchlorid bekannt.

Gewinnung und Darstellung

Ytterbiumchlorid wird durch Reaktion von Ytterbium(III)-oxid entweder mit Tetrachlorkohlenstoff oder heißer Salzsäure hergestellt.

$\mathrm{2}\mathrm{Y}{\mathrm{b}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}\mathrm{4}\mathrm{Y}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{Y}{\mathrm{b}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{Y}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Die wasserfreie Verbindung wird durch Erhitzen der wasserhaltigen Verbindung im HCl-Strom bei langsam ansteigender Temperatur dargestellt. Bei 350 °C ist die Substanz wasserfrei.

Eigenschaften

Ytterbium(III)-chlorid

Ytterbium(III)-chlorid kristallisiert in einer kubischen Aluminiumchlorid-Schichtstruktur. In der Gasphase bilden sich kleinere Einheiten wie [YbCl₆]³⁻ oder Yb₂Cl₆.

Verwendung

Katalysator in der organischen Chemie

Ytterbium(III)-chlorid wirkt auf Grund des einzelnen ungepaarten f-Elektrons als Lewis-Säure. Dies ermöglicht der Verbindung, in Übergangszuständen Komplexe zu bilden und so Alkylierungsreaktionen, wie Aldolreaktionen und die Pictet-Spengler-Reaktion zu katalysieren.

Aldol-Reaktion

Aldolreaktion

Bei der Aldolreaktion dient Ytterbium(III)-chlorid als Hilfs-Katalysator bei der palladium-katalysierten decarboxylierenden Aldolreaktion eines Enolates mit einem Aldehyd. Die Übergangszustände A und B zeigen die Koordinierung des Ytterbiumsalzes. Für die oben beschriebene decarboxylierende Aldolreaktion mit R = tert-Butyl und R' = –(CH₂)₂Ph zeigt der Vergleich der Ausbeuten von verschiedenen Lewis-Säuren eine besonders hohe Ausbeute bei Ytterbium(III)-chlorid.

Salz	% Ausbeute von 2
Eisen(III)-chlorid	40
Zinkchlorid	68
Kupfer(II)-chlorid	40
Lanthan(III)-chlorid	60
Ytterbium(III)-chlorid	93

Pictet-Spengler-Reaktion

Ytterbium(III)-chlorid katalysiert als Lewis-Säure die Pictet-Spengler-Reaktion zur Gewinnung von Tetrahydro-Beta-Carbolinen, aus denen synthetische Indolalkaloide hergestellt werden. Dabei ermöglicht es hohe Ausbeuten und reduziert die Reaktionszeit von Tagen zu 24 Stunden.

Pictet-Spengler-Reaktion

Esterbildung

Die geringe Größe des Yb³⁺-Ions ermöglicht eine schnelle Katalyse, jedoch ist die Selektivität gering. Beispielsweise ist die Mono-Acetylierung von meso-1,2-Diolen mit zwei Stunden am schnellsten mit Ytterbium(III)-chlorid, die Chemoselektivität für das monoacetylierte Produkt ist dagegen mit 50 % gering im Vergleich zu Cer(III)-chlorid (23 h Reaktionszeit, 85 %).

Acetalbildung

Acetalbildung eines säureempfindlichen Aldehyds mit Trimethylorthoformiat und Ytterbium(III)-chlorid als Katalysator

Ytterbium(III)-chlorid ist ein starker Katalysator für die Acetalbildung mit Trimethylorthoformiat. Im Vergleich mit Cer(III)-chlorid und Erbium(III)-chlorid ist das Ytterbiumsalz am effektivsten. Es erzielt hohe Ausbeuten in einer schnellen Reaktion bei Raumtemperatur bei einer Vielzahl an Aldehyden.

NMR-Shift-Reagenz

Ytterbium kann als NMR-Shift-Reagenz, etwa in der Membranbiologie für die Verfolgung der Bewegungen von ³⁹K⁺ und ²³Na⁺, die bei Nervensignalen eine wichtige Rolle spielen, verwendet werden.