Boran, eine homologe Reihe anorganischer Verbindungen von Bor und Wasserstoff oder deren Derivaten.
chemische Bindung: Borane
Die elektronenarme Verbindung Diboran B2H6 kann, wie bereits erwähnt, als ein zusammengehaltener Atomcluster angesehen werden
Die Borhydride wurden erstmals von 1912 bis etwa 1937 vom deutschen Chemiker Alfred Stock systematisch synthetisiert und charakterisiert. Er nannte sie Borane in Analogie zu den Alkanen (gesättigten Kohlenwasserstoffen), den Hydriden von Kohlenstoff (C), dem Nachbarn des Bors im Periodensystem. Da die leichteren Borane flüchtig, luft- und feuchtigkeitsempfindlich und giftig waren, entwickelte Stock Hochvakuummethoden und -apparate, um sie zu untersuchen. Die amerikanischen Arbeiten an Boranen begannen 1931 und wurden von Hermann I. Schlesinger und Anton B. Burg durchgeführt. Borane blieben vor allem bis zum Zweiten Weltkrieg von akademischem Interesse, als die US-Regierung die Erforschung flüchtiger Uranverbindungen (Borhydride) für die Isotopentrennung unterstützte, und in den 1950er Jahren, als sie Programme zur Entwicklung energiereicher Kraftstoffe für Raketen und Düsenflugzeuge unterstützte. (Borane und ihre Derivate haben eine viel höhere Verbrennungswärme als Kohlenwasserstoffbrennstoffe.) William Nunn Lipscomb Jr. erhielt 1976 den Nobelpreis für Chemie "für seine Studien zur Struktur von Boranen, die Probleme der chemischen Bindung beleuchten", während einer von Schlesinger Die Studenten Herbert Charles Brown teilten sich 1979 den Preis für seine Hydroborierungsreaktion (1956), die bemerkenswert einfache Zugabe von BH3 (in Form von BH 3 · S) zu ungesättigten organischen Verbindungen (dh Alkenen und Alkinen) in Etherlösungsmitteln (S) bei Raumtemperatur, um Organoborane quantitativ zu ergeben (dh in einer Reaktion, die ganz oder fast vollständig abläuft) bis zur Fertigstellung). Die Hydroborierungsreaktion eröffnete wiederum neue Forschungswege auf dem Gebiet der stereospezifischen organischen Synthese.
Die von Stock hergestellten Borane hatten die allgemeine Zusammensetzung B n H n + 4 und B n H n + 6, es sind jedoch komplexere Spezies bekannt, sowohl neutrale als auch negative (anionische). Die Hydride von Bor sind zahlreicher als die von jedem anderen Element außer Kohlenstoff. Das einfachste isolierbare Boran ist B 2 H 6, Diboran (6). (Die arabische Zahl in Klammern gibt die Anzahl der Wasserstoffatome an.) Es ist eines der am umfassendsten untersuchten und synthetisch nützlichsten chemischen Zwischenprodukte. Es ist im Handel erhältlich und seit Jahren wurden viele Borane und ihre Derivate entweder direkt oder indirekt daraus hergestellt. Freies BH 3 (und B 3 H 7) sind sehr instabil, können jedoch als stabile Addukte (Additionsprodukte) mit Lewis-Basen (Elektronendonormolekülen) isoliert werden - z. B. BH 3 · N (CH 3) 3. Borane können Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase sein; Im Allgemeinen nehmen ihre Schmelz- und Siedepunkte mit zunehmender Komplexität und zunehmendem Molekulargewicht zu.
Struktur und Bindung von Boranen
Anstatt die einfachen Ketten- und Ringkonfigurationen von Kohlenstoffverbindungen aufzuweisen, befinden sich die Boratome in den komplexeren Boranen an den Ecken von Polyedern, die entweder als Deltaeder (Polyeder mit dreieckigen Flächen) oder als Deltaederfragmente betrachtet werden können. Die Entwicklung eines Verständnisses dieser Borcluster hat Chemikern dabei geholfen, die Chemie anderer anorganischer, metallorganischer und Übergangsmetallclusterverbindungen zu rationalisieren.
Eines von mehreren von der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) vorgeschlagenen Nomenklatursystemen verwendet charakteristische strukturelle Präfixe: (1) Closo- (eine Korruption von „Clovo“ aus dem lateinischen Clovis, was „Käfig“ bedeutet), Deltaeder von n Boratome; (2) Nido- (vom lateinischen Nidus, was „Nest“ bedeutet), nicht geschlossene Strukturen, in denen der B n -Cluster n Ecken eines (n + 1) -körnigen Polyeders einnimmt, dh eines Closo-Polyeders mit einem fehlenden Scheitelpunkt; (3) Arachno- (griechisch, was „Spinnennetz“ bedeutet), Cluster, die noch offener sind, wobei Boratome n zusammenhängende Ecken eines (n + 2) -körnigen Polyeders einnehmen, dh eines Closo-Polyeders mit zwei fehlenden Eckpunkten;; (4) Hypho- (Griechisch, was "weben" oder "ein Netz" bedeutet), die offensten Cluster, wobei Boratome n Ecken eines (n + 3) -verschlossenen Closopolyeders einnehmen; und (5) klado- (griechisch, was "Zweig" bedeutet), n Eckpunkte eines n + 4-Eckpunkt-Closopolyeders, das von n Boratomen besetzt ist. Mitglieder der Hypho- und Klado-Reihe sind derzeit nur als Boranderivate bekannt. Die Verknüpfung zwischen zwei oder mehr dieser polyedrischen Borancluster wird durch das Präfix Conjuncto- (lateinisch für „Join Together“) angezeigt. Zum Beispiel wird Conjuncto-B 10 H 16 hergestellt, indem die B 3 H 8 -Einheiten aus zwei B 6 H 9 -Molekülen über eine B-B-Bindung verbunden werden.
Einer der Gründe für das große Interesse an Boranen ist die Tatsache, dass sie Strukturen besitzen, die sich von jeder anderen Klasse von Verbindungen unterscheiden. Da die Bindung in Boranen eine multizentrische Bindung beinhaltet, bei der drei oder mehr Atome ein Paar von Bindungselektronen teilen, werden Borane üblicherweise als elektronenarme Substanzen bezeichnet. Diboran (6) hat folgende Struktur:
Diese Struktur beinhaltet eine Drei-Zentren-Brückenbindung, bei der ein Elektronenpaar von drei (statt zwei) Atomen geteilt wird - zwei Boratomen und einem Wasserstoffatom. (Siehe chemische Bindung: Fortgeschrittene Aspekte der chemischen Bindung: Borane für eine Diskussion der Dreizentrenbindung.) Die Fähigkeit von Bor, solche Bindungen zusätzlich zu normalen kovalenten Bindungen zu bilden, führt zur Bildung komplexer polyedrischer Borane.
