ホウ素と電子不足クラスター

ホウ素は、三中心結合と多面体形状が骨格電子対計数規則によって統一される、注目すべき電子不足水素化物およびクラスターのファミリーを形成します。

Definition

電子不足クラスターとは、ボランに代表される種であり、従来の二中心二電子結合には価電子が少なすぎるため、原子が多中心結合を介して電子を共有し、多面体ケージ構造を形成するものです。

Scope

このトピックは、電子不足主族クラスター化学、すなわちホウ素水素化物（ボラン）とその三中心二電子結合、closo、nido、arachno構造ファミリー、カルボラン、メタラホウ素、および電子数からその形状を予測するWade–Mingosの多面体骨格電子対規則を扱います。pブロックの一般的な記述化学ではなく、クラスターの結合と構造に焦点を当てています。

Core questions

• ボランは、古典的な結合に必要な電子が不足しているにもかかわらず、どのようにして安定でいられるのでしょうか？
• 三中心二電子結合とは何ですか？
• ウェイドの規則は、closo、nido、arachnoの幾何学的構造をどのように予測するのでしょうか？
• カルボランとメタラホウ素は、ボランの構造ファミリーをどのように拡張するのでしょうか？

Key concepts

• ホウ素水素化物（ボラン）
• 三中心二電子結合
• closo、nido、arachnoクラスター
• ウェイドの規則
• カルボラン
• メタラホウ素

Key theories

三中心二電子結合

リップスコムは、ボランが単一の電子対を3つの原子間で共有する結合を使用することを示し、これにより電子不足分子が通常の二中心結合に十分な電子がなくても結合を維持できることを明らかにしました。

Wade–Mingos骨格電子対規則

骨格結合電子対の数を数えることで、クラスターが親多面体から派生したcloso、nido、またはarachnoの幾何学的構造をとるかを予測し、ボラン、カルボラン、および多くの金属クラスターを統一します。

カルボランとアイソローバル拡張

ボランの頂点を炭素またはアイソローバルな金属断片で置き換えることで、同じ電子計数規則に従うカルボランとメタラホウ素が得られ、クラスター結合の一般性を示しています。

Clinical relevance

ホウ素クラスターは、がんのホウ素中性子捕捉療法を支え、触媒作用における弱配位性アニオンおよび配位子として機能し、化学全体における電子不足結合のモデルを提供します。

History

アルフレッド・ストックは20世紀初頭にボランを初めて調製・特性評価し、その不可解な電子不足は、1976年のノーベル賞で認められたリップスコムの三中心結合分析によって解決されました。その後、ミンゴスによって一般化されたウェイドの1971年の電子計数規則は、クラスター構造の統一的な枠組みを提供しました。

Key figures

• Alfred Stock
• William Lipscomb
• Kenneth Wade
• Michael Mingos

Seminal works

• wade1971
• lipscomb1963
• greenwood1997

Frequently asked questions

分子が電子不足であるとはどういう意味ですか？

電子不足分子とは、結合した原子のすべてのペア間に通常の二電子結合を形成するのに必要な価電子の数が少ない分子のことであり、ボランが三中心二電子結合で行うように、多中心結合を介して電子を非局在化させる必要があります。

ウェイドの規則はクラスターの形状をどのように予測しますか？

骨格結合電子対の数を数え、その数を頂点の数と比較することで、規則はクラスターが完全な多面体（closo）であるか、または1つ（nido）または2つ（arachno）の頂点が不足しているかを示し、その幾何学的構造を決定します。