硼和缺电子簇
硼形成了一系列卓越的缺电子氢化物和簇，其三中心键合和多面体形状通过骨架电子对计数规则得以统一。
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Definition
缺电子簇是指以硼烷为代表的物种，其中价电子数量不足以形成传统的双中心双电子键，因此原子通过多中心键共享电子，形成多面体笼状结构。
Scope
本主题涵盖缺电子主族簇化学：硼氢化物（硼烷）及其三中心双电子键合，closo、nido和arachno结构家族，碳硼烷和金属硼烷，以及根据电子计数预测其形状的Wade–Mingos多面体骨架电子对规则。它侧重于簇的键合和结构，而非p区元素的普遍描述性化学。
Core questions
- 尽管硼烷的电子不足以形成经典键，但它们如何保持稳定？
- 什么是三中心双电子键？
- Wade规则如何预测closo、nido和arachno几何结构？
- 碳硼烷和金属硼烷如何扩展硼烷的结构家族？
Key concepts
- 硼氢化物（硼烷）
- 三中心双电子键
- closo、nido和arachno簇
- Wade规则
- 碳硼烷
- 金属硼烷
Key theories
- 三中心双电子键合
- Lipscomb指出，硼烷使用单个电子对在三个原子之间共享的键，这使得缺电子分子在没有足够电子形成普通双中心键的情况下也能结合在一起。
- Wade–Mingos骨架电子对规则
- 计算骨架成键电子对的数量可以预测簇是采用closo、nido还是arachno几何结构，这些结构均源自一个母体多面体，从而统一了硼烷、碳硼烷和许多金属簇。
- 碳硼烷和等瓣扩展
- 用碳或等瓣金属片段替换硼烷顶点，可以得到遵循相同电子计数规则的碳硼烷和金属硼烷，这证明了簇键合的普遍性。
Clinical relevance
硼簇是癌症硼中子俘获疗法的基础，在催化中用作弱配位阴离子和配体，并为化学中的缺电子键合提供了模型。
History
Alfred Stock在20世纪初首次制备并表征了硼烷，其令人费解的缺电子性通过Lipscomb的三中心键合分析得到解决，并因此获得了1976年诺贝尔奖。Wade于1971年提出的电子计数规则，后经Mingos推广，为簇结构提供了一个统一的框架。
Key figures
- Alfred Stock
- William Lipscomb
- Kenneth Wade
- Michael Mingos
Related topics
Seminal works
- wade1971
- lipscomb1963
- greenwood1997
Frequently asked questions
- 分子缺电子是什么意思？
- 缺电子分子拥有的价电子少于在每对成键原子之间形成通常的双电子键所需的数量，因此它必须将电子离域到多中心键上，就像硼烷通过三中心双电子键所做的那样。
- Wade规则如何预测簇的形状？
- 通过计算骨架成键电子对的数量并将其与顶点数量进行比较，这些规则可以指示簇是完整的多面体（closo），还是缺少一个（nido）或两个（arachno）顶点，从而确定其几何形状。