四氧化钌的性质与用途介绍

概述

四氧化钌是铂系金属钌的+VIII氧化态的四氧化物，四面体分子构型，化学式为RuO₄，是一种具有高毒性的强氧化剂。它会对皮肤、眼睛、呼吸道等造成刺激和损伤。因此，在操作时需要采取相应的安全措施，如佩戴防护手套、眼镜、口罩等。研究表明，四氧化钌具有两种形态，其中黄色四氧化钌：mp 25.5 ℃，bp 40 ℃；橙色四氧化钌：mp 27 ℃，bp 108 ℃。二种试剂极易溶于氯仿和四氯化碳，微溶于水，光能使其缓慢分解。四氧化钌能够与滤纸和醇发生爆炸性反应，与醚、苯和吡啶的反应也非常剧烈。它能够很容易地氧化人体内组织，留下二氧化钌沉积。

四氧化钌溶于水反应剧烈，大部分生成H₂RuO₅（五氧钌酸）、少量生成HRuO₄（高钌酸）和H₂O₂，水溶液是强酸，溶于碱生成五氧钌酸盐、高钌酸盐及氧气。四氧化钌甚至能将较稀盐酸氧化，生成Cl₂，自身被还原成RuCl₃。超过100℃时，四氧化钌爆炸分解，室温与乙醇接触也易爆炸。以下是四氧化钌的一些相关反应方程式：

RuO₄与盐酸反应方程式：2RuO₄+16HCl=2RuCl₃+8H₂O+5Cl₂

RuO₄受热分解方程式：RuO₄=RuO₂+O₂（加热）

氧化性

四氧化钌是一个对多种官能团非常有效的氧化试剂，能够实现双键、芳环或二醇等官能团的断裂反应，通常的氧化剂实现不了的苯环烯烃的氧化裂解可以在此氧化剂参与的温和条件下实现。它等价于催化剂量的 RuCl₃ 或 RuO₂ 加上定量的共氧化剂组成的催化体系。通常采用的共氧化剂有次氯酸钠、溴酸钠、过乙酸、高碘酸、高碘酸钠、氧气、硫酸铈、高锰酸钾或过硫酸氢钾等。研究表明，水在四氧化钌催化的反应中发挥着非常重要的促进作用，因而通常反应都是在混合溶剂如 CCl₄-H₂O 混合溶剂中进行。

四氧化钌催化氧化反应一个非常重要的特点，它能够保证与反应位点邻近的立体中心的立体化学保持不变。四氧化钌催化的醇类化合物的氧化反应在有机合成上具有非常重要的意义。在高碘酸钠等强氧化剂的作用下， RuCl₃ 或 RuO₂ 能将伯醇转换为羧酸，但是，在分子氧或次氯酸钙的作用下则将其氧化为醛。进一步的，四氧化钌还能将醛催化氧化为羧酸，将芳香烃转变为醌、将硫化物转变为砜。

四氧化钌的氧化活性能够通过多种方式来调节，最简单方法是采用不同氧化活性的氧化试剂与低价钌反应获得不同活性的高价钌试剂。例如：在高碘酸钠作用下，三氯化钌能够实现醚邻位亚甲基的氧化。但是，在次氯酸钠作用下，则能实现环酮的 Baeyer-Villiger 反应。

用途

高聚物材料的透射电子显微镜研究中为了提高图象的反差需要采用选择性的电子染色技术，研究发现用四氧化钌作为各类饱和键高聚物材料的染色剂对绝大多数高聚物材料都能起染色作用，而且染色效果很好。它是目前高聚物材料电镜研究中最为理想且操作简便的一种通用染色技术[1]。实验表明，四氧化钌可对聚乙二醇染色，从而提高与其他聚合物的共混物在TEM观察中图像的衬度。为探索其对聚乙二醇的染色行为，采用傅里叶红外光谱法研究了四氧化钌染聚乙二醇的化学反应机理，发现四氧化钌可将其氧化成酯，羧酸及羧酸盐。用凝胶色谱法对比染色前后聚乙二醇分子量的变化，发现染色后聚乙二醇除了被氧化成酯，羧酸及羧酸盐外，还有部分发生交联。采用微商热重法研究染色前后化合物的热稳定性，发现染色后聚合物热稳定性增强[2]。

四氧化钌还可用于有机合成，例如合成三(2,4-戊二酮)钌。将四氧化钌气体通入盛有盐酸的吸收装置中反应生成钌吸收液，并降至室温；在钌吸收液中依次加入pH调节剂A，并加入2,4-戊二酮回流反应生成沉淀；加入pH调节剂B回流反应得到大量暗红色沉淀；然后对钌沉淀物反复过滤洗涤以除去杂质。最后将除去各种杂质的钌沉淀物加入稀硝酸洗涤得到高收率高纯度产品。本方法得到的三(2,4-戊二酮)钌晶体具有低氯含量，低金属杂质含量等特点，满足催化剂和MOCVD等各种前驱体的使用要求，适合作为催化剂和MOCVD前驱体。同时，制备工艺具有操作简单，产品一致性好，收率高等特点，适合批量化生产[3]。

对于化妆品中的化合物植物三醇的制备，现有的制备方法中用到的氧化剂为锇酸物，其生产成本高且是剧毒品，废水处理必须进行大量严格的操作步骤，否则将带来严重的环境污染。以四氧化钌为氧化剂，在异植物醇或植物醇中加入醇类溶剂搅拌混合，冷却至-50℃～50℃，在搅拌下加入氧化剂，反应温度控制在-50℃～50℃，搅拌5～60分钟，然后进行后处理。本方法所用的氧化剂四氧化钌价格低，毒性低，制备简单，后处理用常规蒸馏即可，大大降低了能耗，氧化剂回收容易，废水处理简单，基本无污染，反应收率高(≥95%)，产品纯度好(≥99%)[4]。

除上述用途，四氧化钌还可用于电子工业中厚膜电阻、电位器等元件的制备与生产。

参考文献

[1]陈寿羲.高聚物材料电镜研究的四氧化钌染色技术[J].电子显微学报, 1992, 11(3):6.DOI:10.1007/BF02943552.

[2]李小婷,施用晞.四氧化钌对聚乙二醇的染色行为[J].北京化工大学学报：自然科学版, 2007(S2):4.DOI:10.3969/j.issn.1671-4628.2007.z2.006.

[3]张明,舒震,刘妮,等.一种制备三(2,4-戊二酮)钌的方法:CN202111294906.5[P].CN113880705B.

[4]陈鹏,吕春雷,叶伟东.3,7,11,15-四甲基-1,2,3-十六烷三醇的一步合成法:CN03141433.8[P].CN1235847C.