Boran

Bài này viết về một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là BH₃. Đối với nữ hoàng Sassanid đầu tiên của Ba Tư, xem Borandukht.

Trihydridoboron, còn được gọi là boran hoặc borin, là một hợp chất vô cơ không ổn định và có tính phản ứng cao với công thức hóa học là BH₃. Việc điều chế hợp chất boran carbonyl BH₃(CO) đã đóng một vai trò quan trọng trong việc khám phá ra tính chất hóa học của boran, vì nó chỉ ra khả năng tồn tại của phân tử boran^[1]. Tuy nhiên, BH₃ là một loại acid Lewis rất mạnh. Do đó, nó có tính phản ứng cao và rất ít khi có thể quan sát được hợp chất này một cách trực tiếp^[2].

Boran
Tên hệ thống	borane trihydridoboron
Tên khác	borine boron trihydride hydro boride
Nhận dạng
Số CAS	13283-31-3
PubChem	6331
ChEBI	30149
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ B
InChI	đầy đủ 1S/BH3/h1H3
ChemSpider	6091
Tham chiếu Gmelin	44
Thuộc tính
Công thức phân tử	BH3
Bề ngoài	chất khí không màu
Điểm nóng chảy
Điểm sôi
Acid liên hợp	Boronium
Nhiệt hóa học
Enthalpy hình thành ΔfHo298	106.69 kJ mol−1
Entropy mol tiêu chuẩn So298	187.88 kJ mol−1 K−1
Cấu trúc
Hình dạng phân tử	cấu hình phân tử tam giác đều
Mômen lưỡng cực	0 D
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Tham khảo hộp thông tin

Cấu trúc và thuộc tính

BH₃ có cấu trúc phân tử đối xứng nhau và có hình tam giác phẳng. Độ dài của liên kết B–H là 119 pm^[3].

Trong trường hợp không có các hợp chất khác, nó phản ứng với chính nó để tạo thành diboran(6). Do đó, nó là chất trung gian trong việc điều chế diboran(6) theo phản ứng^[4]:

BX₃ + BH₄⁻ → HBX₃⁻ + (BH₃) (X=F, Cl, Br, I)

2BH₃ → B₂H₆

Enthalpy tiêu chuẩn của dimer BH₃ được ước tính là −170 kJ mol^−1[5]. Nguyên tử bor trong BH₃ có 6 electron. Do đó, nó là một acid Lewis mạnh và phản ứng với bất kỳ base Lewis nào

BH₃ + L → L—BH₃

tạo thành một liên kết cộng hóa trị. Các hợp chất này bền về mặt nhiệt động lực học, nhưng có thể dễ bị oxy hóa trong không khí. Các dung dịch chứa boran dimethylsulfide và boran-tetrahydrofuran có bán trên thị trường. Và tetrahydrofuran, một chất ổn định được thêm vào để ngăn quá trình oxy hóa boran^[6]. Dưới đây là các so sánh độ ổn định của các dẫn xuất của boran:

PF₃ < CO < Et₂O < Me₂O < C₄H₈O < C₄H₈S < Et₂S < Me₂S < Py < Me₃N < H⁻

BH₃ có một số đặc điểm của acid yếu vì các chất khi phản ứng sẽ tạo thành các phức chất chứa oxy^[4]. Dung dịch nước của BH₃ cực kỳ không ổn định^[7][8].

BH₃ + 3H₂O → B(OH)₃ + 3H₂

Phản ứng

BH₃ là chất trung gian trong phản ứng tạo ra các dẫn xuất boran^[4]:

B₂H₆ ⇌ 2BH₃

BH₃ +B₂H₆ → B₃H₇ +H₂

BH₃ + B₃H₇ ⇌ B₄H₁₀

B₂H₆ + B₃H₇ → BH₃ + B₄H₁₀ ⇌ B₅H₁₁ + H₂

Các bước tiếp theo để tạo ra các dẫn xuất boran, với B₁₀H₁₄ và B₂₀H₂₆ là các dẫn xuất cuối cùng thu được.

Amonia-boran, được tạo ra bởi phản ứng của các sản phẩm boran khác, có thể khử nguyên tố hydro khi đun nóng để tạo ra borazin (BH)₃(NH)₃^[9].

Các sản phẩm boran được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ để hydro hóa, trong đó phân tử BH₃ được thêm vào liên kết C=C trong alken để tạo ra các trialkylboran:

(THF)BH₃ + 3CH₂=CHR → B(CH₂CH₂R)₃ + THF

Phản ứng này có tính chọn lọc, các dẫn xuất boran khác có thể được sử dụng để mang lại tính chọn lọc cao hơn nữa^[10]. Thử nghiệm các dẫn xuất trialkylboran có thể được chuyển đổi thành các dẫn xuất hữu cơ hữu ích. Với các alken, người ta có thể điều chế các hợp chất như [HBR₂]₂, chúng cũng là các loại thuốc thử hữu ích trong các phản ứng hóa học. Các dẫn xuất boran khác như dimethylsulfide và boran–tetrahydrofuran cũng có thể được sử dụng^[10][11].

Quá trình hydro hóa có thể được kết hợp với quá trình oxy hóa để tạo ra phản ứng hydro hóa-oxy hóa. Trong phản ứng này, nhóm boryl trong các hợp chất boran hữu cơ được thay thế bằng một nhóm hydroxyl.

Phản ứng khử amin là sự mở rộng của phản ứng hydro hóa-oxy hóa, trong đó liên kết đôi carbon-nitơ đang trải qua quá trình hydro hóa. Liên kết đôi carbon-nitơ được tạo ra bởi sự khử nước của nhóm hemiaminal, được hình thành bằng cách thêm một amin vào phân tử cacbonyl, do đó có tính khử.

Boran(5)

Boran(5) là phức chất của hydro và boran. Công thức phân tử của nó là BH₅ hoặc có thể là BH₃(η²-H₂)^[12]. Nó chỉ bền ở nhiệt độ rất thấp và sự tồn tại của nó được xác nhận ở nhiệt độ rất thấp^[13][14]. Boran(5) và methanium (CH₅⁺) là chất đẳng điện tử^[15]. Base liên hợp của nó là anion borohydride.

Tham khảo

1. Burg, Anton B.; Schlesinger, H. I. (tháng 5 năm 1937). “Hydrides of boron. VII. Evidence of the transitory existence of borine (BH
   ₃): Borine carbonyl and borine trimethylammine”. Journal of the American Chemical Society. 59 (5): 780–787. doi:10.1021/ja01284a002.
2. Tague, Thomas J.; Andrews, Lester (1994). “Reactions of Pulsed-Laser Evaporated Boron Atoms with Hydrogen. Infrared Spectra of Boron Hydride Intermediate Species in Solid Argon”. Journal of the American Chemical Society. 116 (11): 4970–4976. doi:10.1021/ja00090a048. ISSN 0002-7863.
3. Kawaguchi, Kentarou (1992). “Fourier transform infrared spectroscopy of the BH₃ ν₃ band”. The Journal of Chemical Physics. 96 (5): 3411. Bibcode:1992JChPh..96.3411K. doi:10.1063/1.461942. ISSN 0021-9606.
4. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (ấn bản thứ 2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4
5. Page, M.; Adams, G.F.; Binkley, J.S.; Melius, C.F. (1987). “Dimerization energy of borane”. J. Phys. Chem. 91 (11): 2675–2678. doi:10.1021/j100295a001.
6. Hydrocarbon Chemistry, George A. Olah, Arpad Molner, 2d edition, 2003, Wiley-Blackwell ISBN 978-0471417828
7. Finn, Patricia; Jolly, William L. (tháng 8 năm 1972). “Asymmetric cleavage of diborane by water. The structure of diborane dihydrate”. Inorganic Chemistry. 11 (8): 1941–1944. doi:10.1021/ic50114a043.
8. D'Ulivo, Alessandro (tháng 5 năm 2010). “Mechanism of generation of volatile species by aqueous boranes”. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 65 (5): 360–375. doi:10.1016/j.sab.2010.04.010.
9. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). “Chapter 13: The Group 13 Elements”. Inorganic Chemistry (ấn bản thứ 3). Pearson. tr. 336. ISBN 978-0-13-175553-6.
10. Burkhardt, Elizabeth R.; Matos, Karl (tháng 7 năm 2006). “Boron reagents in process chemistry: Excellent tools for selective reductions”. Chemical Reviews. 106 (7): 2617–2650. doi:10.1021/cr0406918.
11. Kollonitisch, J. (1961). “Reductive Ring Cleavage of Tetrahydrofurans by Diborane”. J. Am. Chem. Soc. 83 (6): 1515. doi:10.1021/ja01467a056.
12. Szieberth, Dénes; Szpisjak, Tamás; Turczel, Gábor; Könczöl, László (19 tháng 8 năm 2014). “The stability of η2-H2 borane complexes – a theoretical investigation”. Dalton Transactions. 43 (36): 13571–13577. doi:10.1039/C4DT00019F. PMID 25092548.
13. Tague, Thomas J.; Andrews, Lester (1 tháng 6 năm 1994). “Reactions of Pulsed-Laser Evaporated Boron Atoms with Hydrogen. Infrared Spectra of Boron Hydride Intermediate Species in Solid Argon”. Journal of the American Chemical Society. 116 (11): 4970–4976. doi:10.1021/ja00090a048.
14. Schreiner, Peter R.; Schaefer III, Henry F.; Schleyer, Paul von Ragué (1 tháng 6 năm 1994). “The structure and stability of BH₅. Does correlation make it a stable molecule? Qualitative changes at high levels of theory”. The Journal of Chemical Physics. 101 (9): 7625. Bibcode:1994JChPh.101.7625S. doi:10.1063/1.468496.
15. A Life of Magic Chemistry: Autobiographical Reflections Including Post-Nobel Prize Years and the Methanol Economy, 159p