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硼烷

甲硼烷二聚生成乙硼烷

硼烷(Borane)即硼氢化合物,因其物理性质类似于烷烃,故称之为硼烷。在已知的20多种中性硼烷中,最简单的是乙硼烷 B2H6。甲硼烷只在气态状态中发现。

按照个数比,中性硼烷一般可分为 BnHn+4 类(少氢硼烷)和 BnHn+6 类(多氢硼烷)。此外还有大量的硼烷阴离子:

  1. BnHn2− 类,如 B12H122−。为完整硼原子多面体闭合结构,成键类似于相应中性硼烷分子。
  2. 由中性硼烷通过脱质子或与 H 加成形成的阴离子,如 BH4
  3. 由连接的氢化硼单元衍生出的阴离子,如 B18H21

通式

母体硼烷(即没有取代基)有下列的通式,n是硼原子数:

类型 通式 附注
闭式-/笼式-(closo- BnHn2− 目前尚未发现电中性的BnHn+2硼烷
巢式-(nido- BnHn+4
网式-(arachno- BnHn+6
敞网式-/叶式-(hypho- BnHn+8 只合成了相关的加合物
联式-(conjuncto- 两个或两个以上简单结构单元相连的硼烷

还有一类hypercloso-硼烷,母体的通式为BnHn。现在已合成出一些较为稳定的取代中性hypercloso-硼烷,例如B12(OCH2Ph)12(B12H12的衍生物)。

命名规则

电中性硼烷的命名类似有机烷烃,但必须在其后使用括号附注原子的数量:

  • B5H9 戊硼烷(9)
  • B6H12 己硼烷(12)

在命名硼烷阴离子时,应在母体后的括号内注明阴离子的电荷。必要时,可将氢原子数于结构类型前注明。

  • B5H8 八氢合戊硼烷根(1−)

对于较为复杂的硼烷,需要用前缀表明硼烷的结构类型:

  • B5H9 巢式-戊硼烷(9)
  • B4H10 网式-丁硼烷(10)
  • B6H62− 六氢合-闭式-己硼烷根(2−)

一些较为常见的硼烷也有俗名。

成键

硼烷中常出现五种类型的化学键,其中有包括氢桥键,硼桥键和闭合式硼键的三种缺电子三中心二电子键和两种一般的化学键——硼氢键 B-H、硼硼键 B-B。在癸硼烷(14) B10H14 中涉及到这五种键型。

例如,乙硼烷中三中心二电子的氢桥键的具体成键情况是:

每个原子均采取 sp3 杂化,4个杂化轨道中有3个单电子轨道和一个空轨道。上方原子的有1个电子的 1s 轨道与两个硼原子的共含1个电子的两个 sp3 杂化轨道三者互相成键。这种键称为三中心二电子键,同时由于其类似一座桥,故称为氢桥键。

1976年,威廉·利普斯科姆因为硼烷结构的研究得到诺贝尔化学奖。

分子结构

在1970年代早期,科学家发现硼烷的几何构形存在某些共同点,这些硼原子簇多数都为完整的三角多面体(deltahedron)及缺少一个或多个顶点的三角多面体结构。已发现的三角形多面体包括:

三角形多面体 顶点
三角双锥 5
八面体 6
五角双锥 7
变形双五角锥 8
三帽三角棱柱 9
双帽四方反棱柱体 10
十八面体 11
二十面体 12

一些硼烷的结构:

参见

  • 碳硼烷:硼烷阴离子中 B 被等电子体 C 替换形成的化合物,通式为 BnC2Hn+2

参考文献

  1. ^ Peymann T., Knobler C.B.,Khan S.I., Hawthorne M.F. Angew. Chemie Intnl Ed.(2001) 40,9,1664

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