酸鹼與予體-受體化學

酸鹼加合物(acid-base adduct)

/ AD-ukt /

當一個路易斯酸和一個路易斯鹼相遇並結合,它們生成的那個產物就叫做加合物(adduct,源自拉丁文,意為被吸引過來)。這是授受體化學最簡單的結果:兩塊拼起來,多一根鍵,生成一個新分子,別無生滅。教科書裡最經典的加合物是 F3B-NH3,由 BF3 和 NH3 乾淨地結合而成。

維繫加合物的是一根配位共價鍵,又稱授受鍵(dative bond):在一切物理意義上它都是普通共價鍵,唯一不同是兩個共用電子都來自鹼。我們常畫一個從給體指向受體的箭頭(H3N -> BF3)來記錄電子的來源,但一旦形成,這根 B-N 鍵就只是一根鍵。形成加合物會明顯改變幾何構型:游離 BF3 是平面三角形(硼 sp2 雜化),但在加合物中硼變為 sp3,分子變成錐形,因為硼此刻有四根鍵、滿足八隅體。加合物的強度(解離能)衡量這一對酸鹼匹配得有多好——而匹配正是軟硬原理所預測的。

加合物在無機化學中無處不在,只是名字各異。像 [Co(NH3)6]3+ 這樣的配位配合物,不過是一個金屬離子路易斯酸結合了六個氨路易斯鹼——一次形成六根加合物鍵。溶劑分子配位到金屬上、氟離子加到 BF3 上生成 BF4-、醚穩定有機鋰試劑、有機合成中著名的硼烷-四氫呋喃試劑(H3B-O(C4H8))——全都是酸鹼加合物。把一個反應認作加合物的生成,立刻就告訴你有一根鍵是靠孤對電子給出而形成的,並讓你能預測受體原子處幾何與反應性的變化。

BF3(平面三角形,硼 sp2 雜化、帶一個空 p 軌道)與 NH3 結合生成加合物 F3B-NH3。硼重新雜化為 sp3 並錐化,新的 B-N 授受鍵補全硼的八隅體,FBF 角從 120 度向 109 度靠攏。

加合物的生成使受體重新雜化:氮一旦給出電子對,平面 BF3 就變成錐形。

箭頭記法(給體 -> 受體)只記錄電子的來源;它不意味著這根鍵更弱或本質不同。一旦形成,授受鍵就是一根普通的共價鍵,與其他任何 B-N 鍵無從區分。

又稱
Lewis adductdonor-acceptor complex加成物加合物