โบรอนและกลุ่มคลัสเตอร์ที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์

โบรอนสร้างกลุ่มสารประกอบไฮไดรด์และคลัสเตอร์ที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์ที่น่าทึ่ง ซึ่งการเชื่อมพันธะแบบสามศูนย์กลางและรูปร่างทรงหลายหน้าของพวกมันถูกรวมเข้าด้วยกันโดยกฎการนับคู่อิเล็กตรอนโครงกระดูก

Definition

คลัสเตอร์ที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์เป็นสปีชีส์ที่แสดงให้เห็นโดยโบเรน ซึ่งมีอิเล็กตรอนเวเลนซ์น้อยเกินไปสำหรับการสร้างพันธะสองศูนย์กลางสองอิเล็กตรอนแบบดั้งเดิม ดังนั้นอะตอมจึงใช้อิเล็กตรอนร่วมกันผ่านพันธะหลายศูนย์กลางเพื่อสร้างโครงสร้างกรงทรงหลายหน้า

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเคมีของกลุ่มคลัสเตอร์ธาตุหลักที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์: โบรอนไฮไดรด์ (โบเรน) และพันธะสามศูนย์กลางสองอิเล็กตรอนของพวกมัน, ตระกูลโครงสร้างแบบ closo, nido และ arachno, คาร์โบเรนและเมทัลลาโบเรน, และกฎ Wade–Mingos polyhedral-skeletal-electron-pair rules ที่ทำนายรูปร่างของพวกมันจากการนับอิเล็กตรอน โดยเน้นที่การเชื่อมพันธะและโครงสร้างของคลัสเตอร์มากกว่าเคมีเชิงพรรณนาทั่วไปของ p-block

Core questions

• โบเรนสามารถเสถียรได้อย่างไรทั้งที่มีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอสำหรับพันธะแบบคลาสสิก?
• พันธะสามศูนย์กลางสองอิเล็กตรอนคืออะไร?
• กฎของเวดทำนายรูปทรงเรขาคณิตแบบ closo, nido และ arachno ได้อย่างไร?
• คาร์โบเรนและเมทัลลาโบเรนขยายตระกูลโครงสร้างโบเรนได้อย่างไร?

Key concepts

• โบรอนไฮไดรด์ (โบเรน)
• พันธะสามศูนย์กลางสองอิเล็กตรอน
• คลัสเตอร์ closo, nido และ arachno
• กฎของเวด
• คาร์โบเรน
• เมทัลลาโบเรน

Key theories

พันธะสามศูนย์กลางสองอิเล็กตรอน

ลิปส์คอมบ์แสดงให้เห็นว่าโบเรนใช้พันธะที่คู่อิเล็กตรอนเดี่ยวถูกใช้ร่วมกันระหว่างอะตอมสามอะตอม ทำให้โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์สามารถยึดเหนี่ยวกันได้โดยไม่ต้องมีอิเล็กตรอนเพียงพอสำหรับพันธะสองศูนย์กลางทั่วไป

กฎ Wade–Mingos skeletal-electron-pair rules

การนับจำนวนคู่อิเล็กตรอนโครงกระดูกที่ใช้ในการเชื่อมพันธะจะทำนายว่าคลัสเตอร์จะใช้รูปทรงเรขาคณิตแบบ closo, nido หรือ arachno ที่ได้มาจากทรงหลายหน้าแม่ ซึ่งรวมโบเรน, คาร์โบเรน และคลัสเตอร์โลหะหลายชนิดเข้าด้วยกัน

คาร์โบเรนและการขยายแบบ isolobal

การแทนที่จุดยอดของโบเรนด้วยคาร์บอนหรือด้วยชิ้นส่วนโลหะแบบ isolobal ทำให้เกิดคาร์โบเรนและเมทัลลาโบเรนที่ปฏิบัติตามกฎการนับอิเล็กตรอนเดียวกัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเป็นสากลของการเชื่อมพันธะคลัสเตอร์

Clinical relevance

คลัสเตอร์โบรอนเป็นพื้นฐานของการบำบัดด้วยการจับนิวตรอนโบรอนสำหรับโรคมะเร็ง ทำหน้าที่เป็นแอนไอออนและลิแกนด์ที่ประสานงานได้ไม่ดีในการเร่งปฏิกิริยา และเป็นแบบจำลองสำหรับการเชื่อมพันธะที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์ในวิชาเคมี

History

อัลเฟรด สต็อก เป็นคนแรกที่เตรียมและระบุลักษณะของโบเรนในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และปัญหาการขาดอิเล็กตรอนที่น่าฉงนของพวกมันได้รับการแก้ไขโดยการวิเคราะห์พันธะสามศูนย์กลางของลิปส์คอมบ์ ซึ่งได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลในปี 1976 จากนั้นกฎการนับอิเล็กตรอนของเวดในปี 1971 ซึ่งได้รับการขยายความโดยมิงโกส ได้ให้กรอบการทำงานที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับโครงสร้างคลัสเตอร์

Key figures

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

Seminal works

• wade1971
• lipscomb1963
• greenwood1997

Frequently asked questions

การที่โมเลกุลมีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์หมายความว่าอย่างไร?

โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนไม่สมบูรณ์มีอิเล็กตรอนเวเลนซ์น้อยกว่าที่จำเป็นในการสร้างพันธะสองอิเล็กตรอนปกติระหว่างอะตอมที่เชื่อมต่อกันทุกคู่ ดังนั้นจึงต้องมีการกระจายอิเล็กตรอนไปทั่วพันธะหลายศูนย์กลาง เช่นเดียวกับที่โบเรนทำด้วยพันธะสามศูนย์กลางสองอิเล็กตรอน

กฎของเวดทำนายรูปร่างของคลัสเตอร์ได้อย่างไร?

โดยการนับคู่อิเล็กตรอนโครงกระดูกที่ใช้ในการเชื่อมพันธะและเปรียบเทียบจำนวนนั้นกับจำนวนจุดยอด กฎจะระบุว่าคลัสเตอร์เป็นทรงหลายหน้าสมบูรณ์ (closo) หรือมีจุดยอดน้อยกว่าหนึ่ง (nido) หรือสอง (arachno) จุดยอด ซึ่งกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของมัน