p區元素(一):第13、14族

三鹵化硼路易斯酸(BF3、BCl3)

/ BOR-on TRY-HAL-ide /

想像一個分子四處走動,桌邊總空著一個座位,永遠在邀請客人坐下。三鹵化硼 BF3、BCl3、BBr3 正是如此:小巧、扁平、貪電子的分子,渴求一對孤對電子。它們是你會遇到的最乾淨的路易斯酸(電子對受體)範例之一。

在三鹵化硼 BX3 中,硼與三個鹵素鍵合成平面三角形、鍵角 120 度,使硼只有六個價電子,還有一個完全空著、垂直於平面豎起的 p 軌域。那個空軌域就是那把空座椅:任何帶孤對電子的物種(氨、醚、氟離子)都能把電子給進去,形成加合物,硼由此變為四配位、四面體,例如 F3B-NH3 或 [BF4]-。有趣的是,路易斯酸性並不簡單地隨電負性走:BF3 比 BCl3、BBr3 更弱,因為在 BF3 中小小的氟的孤對電子會反向給進硼的空 p 軌域(π 反饋鍵),部分滿足了它;較重的鹵素與硼重疊不佳,讓 p 軌域更空,於是酸性更強。

這些分子作為實用的催化劑和試劑而重要。BF3(常以其二乙醚配合物形式使用)通過活化羰基、生成陽離子來催化許多有機反應;BCl3 和 BBr3 能斷裂醚鍵,並用於半導體加工。它們是路易斯酸鹼理論、空軌域圖景,以及 π 反饋鍵在調節酸性中出人意料作用的教科書錨點。它們也具腐蝕性,在潮濕空氣中冒煙(水解成硼酸和鹵化氫),因此須小心處理。

BF3 與氨反應生成加合物 F3B-NH3:氮的孤對電子落入硼的空 p 軌域,硼由 sp2(平面)重新雜化為 sp3(四面體),原本缺電子的硼現在有了完整的八隅體。

用給體的孤對電子填滿硼的空軌域,會讓它從平面 sp2 翻轉為四面體 sp3。

一個自然的猜測是:既然氟電負性最強,BF3 就該是三鹵化硼裡最強的酸。事實恰恰相反:B-F 的 π 反饋鍵部分緩解了硼的飢餓,因此路易斯酸性的順序其實是 BF3 < BCl3 < BBr3。

又稱
boron halidesBX3三卤化硼三鹵化硼