酸碱加合物(acid-base adduct)
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当一个路易斯酸和一个路易斯碱相遇并结合,它们生成的那个产物就叫做加合物(adduct,源自拉丁文,意为被吸引过来)。这是授受体化学最简单的结果:两块拼起来,多一根键,生成一个新分子,别无生灭。教科书里最经典的加合物是 F3B-NH3,由 BF3 和 NH3 干净地结合而成。
维系加合物的是一根配位共价键,又称授受键(dative bond):在一切物理意义上它都是普通共价键,唯一不同是两个共用电子都来自碱。我们常画一个从给体指向受体的箭头(H3N -> BF3)来记录电子的来源,但一旦形成,这根 B-N 键就只是一根键。形成加合物会明显改变几何构型:游离 BF3 是平面三角形(硼 sp2 杂化),但在加合物中硼变为 sp3,分子变成锥形,因为硼此刻有四根键、满足八隅体。加合物的强度(解离能)衡量这一对酸碱匹配得有多好——而匹配正是软硬原理所预测的。
加合物在无机化学中无处不在,只是名字各异。像 [Co(NH3)6]3+ 这样的配位配合物,不过是一个金属离子路易斯酸结合了六个氨路易斯碱——一次形成六根加合物键。溶剂分子配位到金属上、氟离子加到 BF3 上生成 BF4-、醚稳定有机锂试剂、有机合成中著名的硼烷-四氢呋喃试剂(H3B-O(C4H8))——全都是酸碱加合物。把一个反应认作加合物的生成,立刻就告诉你有一根键是靠孤对电子给出而形成的,并让你能预测受体原子处几何与反应性的变化。
BF3(平面三角形,硼 sp2 杂化、带一个空 p 轨道)与 NH3 结合生成加合物 F3B-NH3。硼重新杂化为 sp3 并锥化,新的 B-N 授受键补全硼的八隅体,FBF 角从 120 度向 109 度靠拢。
加合物的生成使受体重新杂化:氮一旦给出电子对,平面 BF3 就变成锥形。
箭头记法(给体 -> 受体)只记录电子的来源;它不意味着这根键更弱或本质不同。一旦形成,授受键就是一根普通的共价键,与其他任何 B-N 键无从区分。