p區元素(一):第13、14族
三中心兩電子鍵(three-center two-electron bond)
/ three-CEN-ter two-electron; 3c-2e /
一根普通的共價鍵就像兩個原子之間的握手:一對共享電子把兩個原子核黏在一起。但若一個分子沒有足夠的電子對去把每對相鄰原子都兩兩黏住呢?硼的氫化物恰恰面對這種短缺。它們優雅的脫身之法,是讓單單一對電子同時抓住三個原子,就像一根繩子繞在三根柱子而不是兩根上。
三中心兩電子(3c-2e)鍵是一個鋪在三個原子上、只填了兩個電子(一對)的成鍵分子軌域。在乙硼烷 B2H6 中,兩個硼原子被兩個氫橋連;每座橋是一個 B-H-B 單元,其中一對電子佔據由一個硼軌域、氫的 1s 和另一個硼軌域組成的軌域。電子密度堆在中間、偏離兩硼之間的直線,這正是這類橋有時被畫成彎曲鍵或香蕉鍵的原因。更大的硼烷和碳硼烷還用中心的 B-B-B 三中心兩電子鍵,共享的一對電子把三角形裡的三個硼綁在一起。關鍵特徵是:兩個電子幹了看上去本應是兩根獨立鍵的活。
這個想法把缺電子化學從悖論中救出,是硼烷、碳硼烷以及許多金屬簇的結構核心。它還出現在質子化物種如 H3+(三個質子組成三角形共享一對電子)以及某些有機金屬橋和抓氫(agostic)相互作用中。認出一根 3c-2e 鍵,就是令人困惑的缺電子化學式突然說得通的時刻:你不再去畫太多線,而是把一對電子離域到三個中心上。
在 B2H6 中,四根端基 B-H 鍵是普通的 2c-2e 鍵,但兩個橋連氫處在 B-H-B 三中心兩電子鍵裡。這正是橋連 B-H 距離較長、橋角呈彎曲而非直線的原因。
一對電子抓住三個原子,正是讓貧電子分子得以存在的訣竅。
3c-2e 鍵並不是弱鍵或半根鍵;它是一根完全真實的鍵,只不過其唯一被佔據的軌域恰好跨在三個原子核而非兩個上。不同的是記帳方式(一對電子、三個原子),而非鍵結的真實性。
又稱
另見