Boraani keemiline ühend

Boraan, mis on boori ja vesiniku anorgaaniliste ühendite või nende derivaatide homoloogne seeria.

keemiline sidumine: Boraanid

Nagu varem öeldud, võib elektronpuudulikkusega ühendi diboraani B2H6 pidada aatomite klastriks, mida hoitakse koos

Boorhüdriide sünteesiti kõigepealt süstemaatiliselt ja iseloomustati aastatel 1912–1937 saksa keemik Alfred Stocki poolt. Ta nimetas neid boraanideks analoogselt alkaanidega (küllastunud süsivesinikud), süsiniku (C) hüdriididega, mis on periooditabeli boori naaber. Kuna kergemad boraanid olid lenduvad, õhu ja niiskuse suhtes tundlikud ning mürgised, töötas Stock välja nende uurimiseks kõrgvaakumi meetodid ja aparaadid. Ameeriklaste boraanitööd algasid 1931. aastal Hermann I. Schlesingeri ja Anton B. Burgi poolt. Boranes püsis peamiselt akadeemilise huvi all kuni II maailmasõjani, mil USA valitsus toetas teadusuuringuid lenduvate uraaniühendite (boorhüdriidide) leidmiseks isotoopide eraldamiseks ja 1950ndateni, kui see toetas raketi- ja reaktiivlennukite kõrge energiatarbimisega kütuste väljatöötamise programme. (Boraanidel ja nende derivaatidel on palju suurem põlemiskuumus kui süsivesinikkütustel.) William Nunn Lipscomb, Jr, sai 1976. aasta Nobeli keemiapreemia „keemiliste sidumisprobleeme valgustavate boraanide struktuuri uuringute eest”, samas kui Schlesingeri üks üliõpilased Herbert Charles Brown jagasid 1979. aasta preemia hüdroboratsioonireaktsiooni eest (1956), mis on märkimisväärselt lihtne BH lisamine₃ (kujul BH ₃ · S) küllastumata orgaaniliste ühendite (st alkeene ja alküüne) eetris lahustid (S) toatemperatuuril saagis organoboranes kvantitatiivselt (st reaktsiooni suhtes, mis kulgeb täielikult või peaaegu täielikult, valmimiseni). Hüdroboorimisreaktsioon avas omakorda uued uurimissuunad stereospetsiifilise orgaanilise sünteesi valdkonnas.

Stocki poolt valmistatud boraanidel oli üldine koostis B _n H _{n + 4} ja B _n H _{n + 6}, kuid teada on keerukamad liigid, nii neutraalsed kui ka negatiivsed (anioonsed). Boori hüdriide on palju rohkem kui mis tahes muu elemendi hüdride, välja arvatud süsinik. Lihtsaim isoleeritav boraan on B ₂ H ₆, diboraan (6). (Sulgudes olev araabia number näitab vesinikuaatomite arvu.) See on üks kõige põhjalikumalt uuritud ja sünteetiliselt kõige kasulikumaid keemilisi vaheühendeid. See on müügil ja aastaid valmistati sellest kas otseselt või kaudselt palju boraane ja nende derivaate. Vaba BH ₃ (ja B ₃ H ₇) on väga ebastabiilne, kuid neid on võimalik isoleerida nii stabiilne aduktid (lisatooted) Lewise alused (elektrone doonormolekulide) elust, nt, BH ₃ · N (CH ₃) ₃. Boraanid võivad olla tahked ained, vedelikud või gaasid; üldiselt suurenevad nende sulamis- ja keemistemperatuurid keerukuse ja molekulmassi suurenemisega.

Boraanide struktuur ja liimimine

Selle asemel, et näidata süsinikuühendite lihtsaid ahela- ja rõngakonfiguratsioone, asuvad keerukamates boraanides olevad booriaatomid polüeedrite nurkades, mida võib pidada kas deltaedroonideks (kolmnurkse pinnaga polüeetriteks) või deltaheedrilisteks fragmentideks. Nendest booriklastritest arusaamise arendamine on aidanud keemikutel ratsionaliseerida teiste anorgaaniliste, metallorgaaniliste ja siirdemetallide klastriühendite keemiat.

Üks mitmest Rahvusvahelise Puhta Keemia ja Rakenduskeemia Liidu (IUPAC) soovitatud nomenklatuurisüsteemist kasutab iseloomulikke struktuurilisi eesliiteid: (1) klosos (ladina klovisist pärit klovo, st puur), deltaedronid boori aatomid; (2) nido- (ladina keeles nidus, mis tähendab “pesa”) - suletamata struktuurid, milles B _n klas paikneb (n + 1) nurga all oleva polüeetri n-nurga all - st klotsi-polüeeder, millel on üks puuduv tipp; (3) arahno (kreeka keeles, tähendab "ämblikuvõrk"), veelgi avatumad klastrid, mille boori aatomid hõivavad (n + 2) nurga all oleva polüeetri n külgnevaid nurki - st kahe puuduva tipuga kloro-polüeederit; (4) hüpofüüsika (kreeka keeles, mis tähendab “jutustama” või “võrku”), kõige avatumad klastrid, boori aatomitega hõivates (n + 3) nurga all asuva sulfo-polüeetri n nurka; ja (5) klado- (kreeka keeles, mis tähendab “haru”), n-nda booriaatomiga hõivatud n + 4-tipulise kloso-polüeedri n tippu. Hüp- ja klado-sarja liikmeid tuntakse praegu ainult boraani derivaatidena. Seost kahe või enama nende polüjahiliste boraaniklastrite vahel näitab eesliide conjuncto- (ladina keeles, mis tähendab “liituda”). Näiteks conjuncto-B ₁₀ H ₁₆ toodetakse ühendavat B ₃ H ₈ ühikut kahelt B ₆ H ₉ molekulide kaudu B-B side.

Boraanide vastu suure huvi üks põhjus on asjaolu, et nende struktuurid erinevad teistest ühendite klassidest. Kuna boraanide sidumine hõlmab mitmetsentrilist sidumist, milles kolm või enam aatomit jagavad sidumiselektrone, nimetatakse boraane tavaliselt elektronide puudulikeks aineteks. Diboraanil (6) on järgmine struktuur:

See struktuur hõlmab kolmetsentrist sildade sidumist, milles üks elektronipaar on jagatud kolme (mitte kahe) aatomi vahel - kaks boori aatomit ja üks vesiniku aatom. (Vt keemiline sidumine: Keemilise sidumise täpsemad aspektid: Boraanid kolmetsentrilise sideme üle arutlemiseks.) Boori võime lisaks tavalistele kovalentsetele sidemetele selliseid sidemeid moodustada põhjustab keerukate polüeedsete boraanide moodustumist.