Boraan, een van een homologe reeks anorganische verbindingen van boor en waterstof of hun derivaten.
chemische binding: boranen
De elektron-deficiënte verbinding diboraan, B2H6, zoals eerder opgemerkt, kan worden beschouwd als een cluster van atomen bij elkaar gehouden
De boorhydriden werden voor het eerst systematisch gesynthetiseerd en gekarakteriseerd in de periode 1912 tot ongeveer 1937 door de Duitse chemicus Alfred Stock. Hij noemde ze boranen naar analogie van de alkanen (verzadigde koolwaterstoffen), de hydriden van koolstof (C), de buur van boor in het periodiek systeem. Omdat de lichtere boranen vluchtig, gevoelig voor lucht en vocht en giftig waren, ontwikkelde Stock hoogvacuümmethoden en apparaten om ze te bestuderen. In 1931 begon het Amerikaanse werk aan boranen, uitgevoerd door Hermann I. Schlesinger en Anton B. Burg. Boranen bleven tot de Tweede Wereldoorlog vooral van academisch belang, toen de Amerikaanse regering onderzoek ondersteunde naar vluchtige uraniumverbindingen (boorhydriden) voor isotopenscheiding, en in de jaren vijftig programma's steunde voor het ontwikkelen van hoogenergetische brandstoffen voor raketten en straalvliegtuigen. (Boranen en hun derivaten hebben een veel hogere verbrandingswarmte dan koolwaterstofbrandstoffen.) William Nunn Lipscomb jr. Ontving in 1976 de Nobelprijs voor chemie 'voor zijn onderzoek naar de structuur van boranen die de problemen van chemische binding belichten', terwijl een van Schlesinger's studenten, Herbert Charles Brown, deelden de prijs van 1979 voor zijn hydroboration reactie (1956), de opmerkelijk gemakkelijke toevoeging van BH3 (in de vorm van BH 3 · S) tot onverzadigde organische verbindingen (dwz alkenen en alkynen) in etheroplosmiddelen (S) bij kamertemperatuur om kwantitatief organoboranen op te leveren (dat wil zeggen, in een reactie die geheel of bijna volledig verloopt, tot voltooiing). De hydroboratiereactie opende op zijn beurt nieuwe wegen voor onderzoek op het gebied van stereospecifieke organische synthese.
De door Stock bereide boranen hadden de algemene samenstelling B n H n + 4 en B n H n + 6, maar complexere soorten, zowel neutraal als negatief (anionisch), zijn bekend. De hydriden van boor zijn talrijker dan die van enig ander element behalve koolstof. Het eenvoudigste isoleerbare boraan is B 2 H 6, diboraan (6). (Het Arabische cijfer tussen haakjes geeft het aantal waterstofatomen aan.) Het is een van de meest uitgebreid bestudeerde en meest synthetisch bruikbare chemische tussenproducten. Het is commercieel verkrijgbaar en jarenlang werden er veel boranen en hun derivaten van gemaakt, direct of indirect. Vrij BH 3 (en B 3 H 7) zijn zeer onstabiel, maar ze kunnen worden geïsoleerd als stabiele adducten (additieproducten) met Lewis-basen (elektronendonormoleculen) —eg, BH 3 · N (CH 3) 3. Boranen kunnen vaste stoffen, vloeistoffen of gassen zijn; in het algemeen nemen hun smelt- en kookpunten toe met toenemende complexiteit en molecuulgewicht.
Structuur en verlijming van boranen
In plaats van de eenvoudige ketting- en ringconfiguraties van koolstofverbindingen te vertonen, bevinden de booratomen in de meer complexe boranen zich op de hoeken van veelvlakken, die kunnen worden beschouwd als deltahedrons (veelvlakken met driehoekige vlakken) of deltahedrale fragmenten. Het begrijpen van deze boorclusters heeft veel geholpen om chemici te helpen de chemie van andere anorganische, organometallische en overgangsmetaalclusterverbindingen te rationaliseren.
Een van de verschillende systemen van nomenclatuur voorgesteld door de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) maakt gebruik van karakteristieke structurele voorvoegsels: (1) closo- (een verbastering van "clovo", van het Latijnse clovis, wat "kooi" betekent), deltahedrons van n booratomen; (2) nido- (van Latijnse nidus, wat 'nest' betekent), niet-gesloten structuren waarin de B n- cluster n hoeken van een (n + 1) -hoekige veelvlak beslaat - dat wil zeggen een closo-veelvlak met één ontbrekende hoekpunt; (3) arachno- (Grieks, wat 'spinnenweb' betekent), clusters die nog meer open zijn, met booratomen die n aangrenzende hoeken van een (n + 2) -hoekige veelvlak innemen - dat wil zeggen een closo-veelvlak met twee ontbrekende hoekpunten; (4) hypho- (Grieks, wat betekent "weven" of "een net"), de meest open clusters, met booratomen die n hoeken van een (n + 3) -hoekige closo-veelvlak innemen; en (5) klado- (Grieks, wat "tak" betekent), n hoekpunten van een n + 4-vertex closo-veelvlak bezet door n booratomen. Leden van de hypho- en klado-serie staan momenteel alleen bekend als boraanderivaten. De koppeling tussen twee of meer van deze veelvlakkige boraanclusters wordt aangegeven door het voorvoegsel conjuncto- (Latijn, wat betekent "samenkomen"). Conjuncto-B 10 H 16 wordt bijvoorbeeld geproduceerd door de B 3 H 8- eenheden van twee B 6 H 9- moleculen te verbinden via een B ― B-binding.
Een van de redenen voor de grote belangstelling voor boranen is het feit dat ze andere structuren hebben dan elke andere klasse van verbindingen. Omdat de binding in boranen multicentrische binding inhoudt, waarbij drie of meer atomen een paar bindingselektronen delen, worden boranen gewoonlijk elektronenarme stoffen genoemd. Diborane (6) heeft de volgende structuur:
Deze structuur omvat een brugverbinding met drie centra, waarbij één elektronenpaar wordt gedeeld door drie (in plaats van twee) atomen - twee booratomen en één waterstofatoom. (Zie chemische binding: geavanceerde aspecten van chemische binding: boranen voor een bespreking van de driekernige binding.) Het vermogen van boor om dergelijke bindingen te vormen naast normale covalente bindingen leidt tot de vorming van complexe veelvlakkige boranen.
