Borane, bất kỳ một loạt các hợp chất vô cơ tương đồng của boron và hydro hoặc các dẫn xuất của chúng.
liên kết hóa học: Boranes
Hợp chất thiếu điện tử diborane, B2H6, như đã lưu ý trước đó, có thể được coi là một cụm các nguyên tử được giữ lại với nhau
Các hydrua boron lần đầu tiên được tổng hợp và đặc trưng một cách có hệ thống trong giai đoạn 1912 đến khoảng 1937 bởi nhà hóa học người Đức Alfred Stock. Ông gọi chúng là boranes tương tự với các ankan (hydrocacbon bão hòa), hydrua của carbon (C), là hàng xóm của boron trong bảng tuần hoàn. Do các boranes nhẹ hơn dễ bay hơi, nhạy cảm với không khí và độ ẩm và độc hại, Stock đã phát triển các phương pháp và thiết bị chân không cao để nghiên cứu chúng. Công việc của người Mỹ về boranes bắt đầu vào năm 1931, được thực hiện bởi Hermann I. Schlesinger và Anton B. Burg. Boranes vẫn chủ yếu quan tâm đến học thuật cho đến Thế chiến II, khi chính phủ Hoa Kỳ hỗ trợ nghiên cứu tìm ra các hợp chất uranium dễ bay hơi (borohydrides) để tách đồng vị, và những năm 1950, khi nó hỗ trợ các chương trình phát triển nhiên liệu năng lượng cao cho tên lửa và máy bay phản lực. (Boranes và các dẫn xuất của chúng có nhiệt lượng đốt cháy cao hơn nhiều so với nhiên liệu hydrocarbon.) William Nunn Lipscomb, Jr., đã nhận giải thưởng Nobel về hóa học năm 1976 cho nghiên cứu về cấu trúc của boranes làm sáng tỏ các vấn đề liên kết hóa học, trong khi một trong những Schlesinger sinh viên, Herbert Charles Brown, đã chia sẻ giải thưởng năm 1979 cho phản ứng thủy hóa của ông (1956), việc bổ sung BH dễ dàng đáng kể3 (ở dạng BH 3 · S) thành các hợp chất hữu cơ chưa bão hòa (nghĩa là anken và alkynes) trong dung môi ether (S) ở nhiệt độ phòng để tạo ra các organoboranes một cách định lượng (nghĩa là, trong một phản ứng tiến hành toàn bộ, hoặc gần như toàn bộ, để hoàn thành). Phản ứng thủy hóa lần lượt mở ra con đường nghiên cứu mới trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ lập thể.
Các boranes được Stock chuẩn bị có thành phần chung B n H n + 4 và B n H n + 6, nhưng các loài phức tạp hơn, cả trung tính và âm tính (anion), đã được biết đến. Các hydrua của boron nhiều hơn bất kỳ nguyên tố nào khác ngoại trừ carbon. Borane đơn giản nhất có thể phân lập được là B 2 H 6, diborane (6). (Chữ số Ả Rập trong ngoặc đơn cho biết số lượng nguyên tử hydro.) Đây là một trong những chất trung gian hóa học được nghiên cứu rộng rãi nhất và tổng hợp nhất. Nó có sẵn trên thị trường, và trong nhiều năm, nhiều boranes và các dẫn xuất của chúng đã được điều chế từ nó, trực tiếp hoặc gián tiếp. BH 3 miễn phí (và B 3 H 7) rất không ổn định, nhưng chúng có thể được phân lập dưới dạng các chất gây nghiện ổn định (sản phẩm bổ sung) với các bazơ Lewis (phân tử của người cho điện tử),egeg, BH 3 · N (CH 3) 3. Boranes có thể là chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí; nói chung, các điểm nóng chảy và sôi của chúng tăng lên với độ phức tạp và trọng lượng phân tử ngày càng tăng.
Cấu trúc và liên kết của boranes
Thay vì thể hiện cấu hình chuỗi và vòng đơn giản của các hợp chất carbon, các nguyên tử boron trong các boran phức tạp hơn nằm ở các góc của khối đa diện, có thể được coi là các khối deltahedron (khối đa diện có mặt hình tam giác) hoặc các mảnh deltah thờ. Phát triển sự hiểu biết về các cụm boron này đã làm được nhiều điều để giúp các nhà hóa học hợp lý hóa hóa học của các hợp chất cụm vô cơ, organometallic và chuyển tiếp kim loại khác.
Một trong một số hệ thống danh pháp được đề xuất bởi Liên minh Hóa học thuần túy và ứng dụng quốc tế (IUPAC) sử dụng các tiền tố cấu trúc đặc trưng: (1) closo- (một tham nhũng của hề clovo, từ tiếng Latin clovis, nghĩa là lồng lồng), deltahedrons của n nguyên tử boron; (2) nido- (từ tiếng Latin nidus, có nghĩa là tổ yến), các cấu trúc không được tiết lộ trong đó cụm B n chiếm n góc của một khối đa diện (n + 1), tức là một khối đa diện khép kín với một đỉnh bị thiếu; (3) arachno- (tiếng Hy Lạp, có nghĩa là mạng nhện nhện của người nhện), các cụm thậm chí còn mở hơn, với các nguyên tử boron chiếm n góc tiếp giáp của một khối đa diện (n + 2), tức là một khối đa diện khép kín với hai đỉnh bị mất; (4) hypho- (tiếng Hy Lạp, có nghĩa là dệt để dệt hay hoặc một mạng lưới), các cụm mở nhất, với các nguyên tử boron chiếm n góc của một khối đa diện đóng kín (n + 3); và (5) klado- (tiếng Hy Lạp, có nghĩa là nhánh nhánh), n đỉnh của một khối đa diện n + 4 đỉnh chiếm bởi các nguyên tử n boron. Các thành viên của chuỗi hypho- và klado- hiện chỉ được gọi là dẫn xuất borane. Sự liên kết giữa hai hoặc nhiều cụm borane đa diện này được biểu thị bằng liên kết tiền tố- (tiếng Latin, có nghĩa là liên kết với nhau). Ví dụ, kết hợp-B 10 H 16 được tạo ra bằng cách nối các đơn vị B 3 H 8 từ hai phân tử B 6 H 9 thông qua liên kết B ― B.
Một trong những lý do cho sự quan tâm lớn đến boranes là thực tế là chúng có cấu trúc khác với bất kỳ loại hợp chất nào khác. Bởi vì liên kết trong boranes liên quan đến liên kết đa trung tâm, trong đó ba hoặc nhiều nguyên tử chia sẻ một cặp electron liên kết, boranes thường được gọi là các chất thiếu điện tử. Diborane (6) có cấu trúc như sau:
Cấu trúc này liên quan đến liên kết cầu ba tâm, trong đó một cặp electron được chia sẻ giữa ba (chứ không phải hai) nguyên tử Hai hai nguyên tử boron và một nguyên tử hydro. (Xem liên kết hóa học: Các khía cạnh nâng cao của liên kết hóa học: Boranes để thảo luận về liên kết ba trung tâm.) Khả năng của boron hình thành các liên kết như vậy ngoài các liên kết cộng hóa trị thông thường dẫn đến sự hình thành các khối đa diện phức tạp.
