Boron và các Cụm Thiếu Electron

Boron tạo thành một họ đáng chú ý gồm các hydride và cụm thiếu electron, với liên kết ba tâm và hình dạng đa diện được thống nhất bởi các quy tắc đếm cặp electron khung.

Definition

Các cụm thiếu electron là các loài, điển hình là borane, trong đó có quá ít electron hóa trị cho các liên kết hai tâm hai electron thông thường, vì vậy các nguyên tử chia sẻ electron qua các liên kết đa tâm để tạo thành cấu trúc lồng đa diện.

Scope

Chủ đề này bao gồm hóa học cụm nhóm chính thiếu electron: các hydride boron (borane) và liên kết ba tâm hai electron của chúng, các họ cấu trúc closo, nido và arachno, carborane và metallaborane, cùng với các quy tắc cặp electron khung đa diện Wade–Mingos dự đoán hình dạng của chúng từ số lượng electron. Nó tập trung vào liên kết và cấu trúc cụm hơn là hóa học mô tả chung của khối p.

Core questions

• Làm thế nào các borane có thể ổn định mặc dù có quá ít electron cho các liên kết cổ điển?
• Liên kết ba tâm hai electron là gì?
• Các quy tắc của Wade dự đoán hình học closo, nido và arachno như thế nào?
• Carborane và metallaborane mở rộng các họ cấu trúc borane như thế nào?

Key concepts

• Hydride boron (borane)
• Liên kết ba tâm hai electron
• Các cụm closo, nido và arachno
• Các quy tắc của Wade
• Carborane
• Metallaborane

Key theories

Liên kết ba tâm hai electron

Lipscomb đã chỉ ra rằng các borane sử dụng các liên kết trong đó một cặp electron duy nhất được chia sẻ giữa ba nguyên tử, cho phép các phân tử thiếu electron liên kết với nhau mà không cần đủ electron cho các liên kết hai tâm thông thường.

Các quy tắc cặp electron khung Wade–Mingos

Việc đếm số cặp electron liên kết khung dự đoán liệu một cụm có cấu trúc hình học closo, nido hay arachno bắt nguồn từ một đa diện gốc, thống nhất các borane, carborane và nhiều cụm kim loại.

Carborane và sự mở rộng đẳng thù (isolobal extension)

Việc thay thế các đỉnh borane bằng carbon hoặc bằng các mảnh kim loại đẳng thù tạo ra carborane và metallaborane tuân theo cùng các quy tắc đếm electron, chứng tỏ tính tổng quát của liên kết cụm.

Clinical relevance

Các cụm boron là nền tảng cho liệu pháp bắt neutron boron trong điều trị ung thư, đóng vai trò là anion và phối tử phối hợp yếu trong xúc tác, và cung cấp các mô hình cho liên kết thiếu electron trong hóa học.

History

Alfred Stock lần đầu tiên điều chế và mô tả đặc tính của các borane vào đầu thế kỷ 20, và sự thiếu hụt electron khó hiểu của chúng đã được giải quyết bằng phân tích liên kết ba tâm của Lipscomb, được công nhận bởi giải Nobel năm 1976. Các quy tắc đếm electron của Wade năm 1971, được Mingos tổng quát hóa, sau đó đã cung cấp một khuôn khổ thống nhất cho các cấu trúc cụm.

Key figures

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

Seminal works

• wade1971
• lipscomb1963
• greenwood1997

Frequently asked questions

Một phân tử thiếu electron có nghĩa là gì?

Một phân tử thiếu electron có ít electron hóa trị hơn mức cần thiết để tạo thành các liên kết hai electron thông thường giữa mọi cặp nguyên tử liên kết, vì vậy nó phải phân bố electron trên các liên kết đa tâm, như các borane làm với các liên kết ba tâm hai electron.

Các quy tắc của Wade dự đoán hình dạng của một cụm như thế nào?

Bằng cách đếm các cặp electron liên kết khung và so sánh số đó với số đỉnh, các quy tắc chỉ ra liệu cụm là một đa diện hoàn chỉnh (closo) hay thiếu một (nido) hoặc hai (arachno) đỉnh so với một đa diện gốc, từ đó xác định hình học của nó.