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硼烷化合物

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硼烷化合物
硼烷化合物
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硼烷,硼和氢或其衍生物的一系列同源的无机化合物。

化学键:硼烷

如前所述,缺电子的化合物乙硼烷B2H6可以看作是原子簇

氢化硼最初是由德国化学家阿尔弗雷德·斯托克(Alfred Stock)于1912年至大约1937年间系统地合成并表征的。他称它们为硼烷,类似于烷烃(饱和烃),碳的氢化物(C),后者是周期表中硼的邻居。由于较轻的硼烷易挥发,对空气和湿气敏感且有毒,因此Stock开发了用于研究它们的高真空方法和设备。美国的硼烷研究工作始于1931年,由赫尔曼·施莱辛格和安东·伯格进行。在第二次世界大战之前,硼烷一直是学术界的主要兴趣,当时美国政府支持研究以寻找用于同位素分离的挥发性铀化合物(硼氢化物),到1950年代则支持开发火箭和喷气式飞机高能燃料的计划。(硼烷及其衍生物的燃烧热比碳氢化合物燃料高得多。)小威廉·纽恩·利普斯科姆(William Nunn Lipscomb)荣获1976年诺贝尔化学奖,“他对硼烷结构的研究揭示了化学键合问题,”而斯莱辛格(Schlesinger)的学生,赫伯特·查尔斯·布朗(Herbert Charles Brown)因其硼氢化反应(1956年)而分享了1979年的奖项,硼氢化物的添加非常简单在室温下在醚溶剂(S)中将3(以BH 3 ·S 的形式)转化为不饱和有机化合物(即,烯烃和炔烃)以定量生成有机硼烷(即在完全或几乎全部进行的反应中,完成)。硼氢化反应反过来为立体有规有机合成领域开辟了新的研究途径。

由Stock制备的硼烷的一般组成为B n H n + 4和B n H n + 6,但是已知更复杂的物种,包括中性和负性(阴离子)。硼的氢化物比除碳以外的任何其他元素的氢化物都多。最简单的可分离的硼烷是B 2 H 6,乙硼烷(6)。(括号中的阿拉伯数字表示氢原子的数量。)它是研究最广泛,合成最有用的化学中间体之一。它是可商购的,并且多年来直接或间接地从中制备了许多硼烷及其衍生物。游离的BH 3(和B 3 H 7)非常不稳定,但是可以与路易斯碱(电子给体分子)(例如BH 3 ·N(CH 33)作为稳定的加合物(加成产物)分离。硼烷可以是固体,液体或气体;通常,它们的熔点和沸点随着复杂度和分子量的增加而增加。

硼烷的结构和键合

更复杂的硼烷中的硼原子不是表现出碳化合物的简单链和环构型,而是位于多面体的角上,这些多面体可以被视为deltaahedrons(具有三角形面的多面体)或deltaahedral碎片。对这些硼团簇的理解有助于化学家合理化其他无机,有机金属和过渡金属团簇化合物的化学组成。

国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)建议的几种命名系统之一采用特征性结构前缀:(1)closo-(拉丁语clovis的“ clovo”腐败,意为“笼”),n的六面体硼原子 (2)nido-(来自拉丁语nidus,意为“巢”),非封闭结构,其中B n簇占据一个(n + 1)角多面体的n个角,即一个缺少一个顶点的closo多面体;(3)arachno-(希腊语,意为“蜘蛛网”),簇更加开放,硼原子占据了(n + 2)角多面体的n个连续角,即具有两个缺失顶点的closo-多面体。; (4)hypho-(希腊语,意为“编织”或“网”),是最开放的簇,硼原子占据(n + 3)个角多角形多面体的n个角;(5)klado-(希腊语,意为“分支”),是n个硼原子所占据的n + 4个顶点closo-多面体的n个顶点。hypho-和klado-系列的成员目前仅被称为硼烷衍生物。这些多面体硼烷簇之间的两个或多个之间的连接由前缀conjuncto-(拉丁语,表示“连接在一起”)表示。例如,通过B-B键将两个B 6 H 9分子中的B 3 H 8单元连接起来,即可生成B 10 H 16共晶。

硼烷备受关注的原因之一是它们具有不同于任何其他类别化合物的结构。因为硼烷中的键涉及多中心键,其中三个或三个以上的原子共享一对键合电子,所以硼烷通常称为缺电子物质。Diborane(6)具有以下结构:

该结构涉及三中心桥键,其中三个(而不是两个)原子(两个硼原子和一个氢原子)共享一个电子对。(请参阅化学键:化学键的高级方面:硼烷,有关三中心键的讨论。)除正常的共价键外,硼形成此类键的能力还会导致形成复杂的多面体硼烷。