Χημική ένωση βορανίου

Βοράνιο, οποιαδήποτε από τις ομόλογες σειρές ανόργανων ενώσεων βορίου και υδρογόνου ή των παραγώγων τους.

χημική συγκόλληση: Boranes

Η ένωση διβοράνιο με έλλειψη ηλεκτρονίων, B2H6, όπως σημειώθηκε προηγουμένως, μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύνολο ατόμων που συγκρατούνται μαζί

Τα υδρίδια βορίου συντέθηκαν για πρώτη φορά συστηματικά και χαρακτηρίστηκαν κατά την περίοδο 1912 έως περίπου το 1937 από τον Γερμανό χημικό Alfred Stock. Τα ονόμασε boranes κατ 'αναλογία με τα αλκάνια (κορεσμένοι υδρογονάνθρακες), τα υδρίδια του άνθρακα (C), που είναι ο γείτονας του βορίου στον περιοδικό πίνακα. Επειδή τα ελαφρύτερα boranes ήταν πτητικά, ευαίσθητα στον αέρα και την υγρασία και τοξικά, η Stock ανέπτυξε μεθόδους και συσκευές υψηλού κενού για τη μελέτη τους. Το αμερικανικό έργο για τα boranes ξεκίνησε το 1931, από τους Hermann I. Schlesinger και Anton B. Burg. Το Boranes παρέμεινε πρωταρχικά ακαδημαϊκού ενδιαφέροντος μέχρι τον Β 'Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν η κυβέρνηση των ΗΠΑ υποστήριξε έρευνα για την εύρεση πτητικών ενώσεων ουρανίου (βοροϋδρίτες) για διαχωρισμό ισοτόπων και τη δεκαετία του 1950, όταν υποστήριξε προγράμματα για την ανάπτυξη καυσίμων υψηλής ενέργειας για πυραύλους και αεροσκάφη. (Οι Boranes και τα παράγωγά τους έχουν πολύ υψηλότερη θερμότητα καύσης από τα καύσιμα υδρογονανθράκων.) Ο William Nunn Lipscomb, Jr., έλαβε το βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1976 "για τις σπουδές του σχετικά με τη δομή των boranes που φωτίζουν προβλήματα χημικής σύνδεσης", ενώ ένας από τους Schlesinger μαθητές, ο Χέρμπερτ Τσαρλς Μπράουν, μοιράστηκαν το βραβείο του 1979 για την αντίδρασή του στην υδροβορίωση (1956), την εξαιρετικά εύκολη προσθήκη του BH₃ (με τη μορφή της BH ₃ · S) προς ακόρεστες οργανικές ενώσεις (δηλαδή, αλκένια και αλκύνια) εντός αιθερικών διαλυτών (S) σε θερμοκρασία δωματίου για να οργανοβορανίων απόδοση ποσοτικά (που είναι, σε μια αντίδραση που προχωρά εξ ολοκλήρου, ή σχεδόν εξ ολοκλήρου, μέχρι την ολοκλήρωση). Η αντίδραση υδροβορίωσης με τη σειρά της άνοιξε νέους δρόμους έρευνας στον τομέα της στερεοειδικής οργανικής σύνθεσης.

Τα boranes που παρασκευάστηκαν από το Stock είχαν τη γενική σύνθεση B _n H _{n + 4} και B _n H _{n + 6}, αλλά είναι πιο πολύπλοκα είδη, τόσο ουδέτερα όσο και αρνητικά (ανιονικά). Τα υδρίδια του βορίου είναι πιο πολυάριθμα από εκείνα οποιουδήποτε άλλου στοιχείου εκτός του άνθρακα. Η απλούστερη απομονώσιμες βορανίου είναι Β ₂ Η ₆, διβοράνιο (6). (Ο αραβικός αριθμός σε παρένθεση υποδεικνύει τον αριθμό των ατόμων υδρογόνου.) Είναι ένα από τα πιο εκτεταμένα μελετημένα και πιο συνθετικά χρήσιμα χημικά ενδιάμεσα. Διατίθεται στο εμπόριο, και για χρόνια πολλά boranes και τα παράγωγά τους παρασκευάστηκαν από αυτό, είτε άμεσα είτε έμμεσα. Ελεύθερη BH ₃ (και Β ₃ H ₇) είναι πολύ ασταθής, αλλά μπορούν να απομονωθούν ως σταθερά προϊόντα προσθήκης (προϊόντα προσθήκης) με βάσεις κατά Lewis (μόρια δότη ηλεκτρονίου) -π.χ., BH ₃ · Ν (ΟΗ ₃) ₃. Τα Boranes μπορεί να είναι στερεά, υγρά ή αέρια. Γενικά, τα σημεία τήξεως και βρασμού τους αυξάνονται με αυξανόμενη πολυπλοκότητα και μοριακό βάρος.

Δομή και σύνδεση των boranes

Αντί να παρουσιάζουν τις απλές διαμορφώσεις αλυσίδας και δακτυλίου των ενώσεων άνθρακα, τα άτομα βορίου στα πιο πολύπλοκα boranes βρίσκονται στις γωνίες των πολυεδρών, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν είτε ως deltahedrons (polyhedrons με τριγωνικά πρόσωπα) είτε deltahedral θραύσματα. Η ανάπτυξη μιας κατανόησης αυτών των συστάδων βορίου έχει κάνει πολλά για να βοηθήσει τους χημικούς να εξορθολογίσουν τη χημεία άλλων ανόργανων, οργανομεταλλικών και μεταβατικών μεταλλικών συμπλεγμάτων.

Ένα από τα πολλά συστήματα ονοματολογίας που προτείνονται από τη Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC) χρησιμοποιεί χαρακτηριστικά δομικά προθέματα: (1) closo- (μια διαφθορά του «clovo» από τα λατινικά clovis, που σημαίνει «κλουβί»), deltahedrons του n άτομα βορίου; (2) nido- (από τα λατινικά nidus, που σημαίνει «φωλιά»), nonclosed δομών στις οποίες η Β _n σύμπλεγμα καταλαμβάνει n γωνίες του ένα (n + 1) -cornered πολύεδρο-δηλαδή, ένα κλοσο-πολύεδρο με μία λείπει κορυφή? (3) arachno- (ελληνικά, που σημαίνει «ιστός της αράχνης»), συστάδες που είναι ακόμη πιο ανοιχτές, με άτομα βορίου να καταλαμβάνουν n συνεχόμενες γωνίες ενός (n + 2) πολυκεδρονίου με κορμό - δηλαδή, ένα κλειστό πολυέδρον με δύο ελλείψεις κορυφές; (4) hypho- (Ελληνικά, που σημαίνει «ύφανση» ή «ένα δίχτυ»), τα πιο ανοιχτά σμήνη, με άτομα βορίου που καταλαμβάνουν n γωνίες ενός (n + 3) -κλεισμένου κλειστού πολυεδρού. και (5) klado- (ελληνικά, που σημαίνει «κλάδος»), n κορυφές ενός ν + 4-κορυφής κλειστο-πολυέδρου που καταλαμβάνεται από άτομα βορίου. Τα μέλη της σειράς hypho και klado είναι σήμερα γνωστά μόνο ως παράγωγα βορανίου. Η σύνδεση μεταξύ δύο ή περισσότερων από αυτές τις πολυεδρικές συστάδες βορανίου υποδηλώνεται από το πρόθεμα επιπεφυκότα- (Λατινικά, που σημαίνει «ενώνουμε μαζί»). Για παράδειγμα, conjuncto-B ₁₀ H ₁₆ παράγεται ενώνοντας το B ₃ H ₈ μονάδες από δύο Β ₆ H ₉ μόρια μέσω ενός δεσμού Β-Β.

Ένας από τους λόγους για το μεγάλο ενδιαφέρον για τα boranes είναι το γεγονός ότι διαθέτουν δομές διαφορετικές από οποιαδήποτε άλλη κατηγορία ενώσεων. Επειδή η σύνδεση στα boranes συνεπάγεται σύνδεση πολλών κέντρων, στην οποία τρία ή περισσότερα άτομα μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σύνδεσης, τα borans ονομάζονται συνήθως ουσίες με έλλειψη ηλεκτρονίων. Το Diborane (6) έχει την ακόλουθη δομή:

Αυτή η δομή περιλαμβάνει σύνδεση τριών κέντρων γέφυρας, στην οποία ένα ζεύγος ηλεκτρονίων μοιράζεται μεταξύ τριών (αντί δύο) ατόμων - δύο ατόμων βορίου και ενός ατόμου υδρογόνου. (Βλέπε χημική συγκόλληση: Προηγμένες πτυχές της χημικής συγκόλλησης: Boranes για συζήτηση σχετικά με τον δεσμό τριών κέντρων.) Η ικανότητα του βορίου να σχηματίζει τέτοιους δεσμούς εκτός από τους φυσιολογικούς ομοιοπολικούς δεσμούς οδηγεί στο σχηματισμό σύνθετων πολυεδρικών βορανίων.