p区元素(一):第13、14族

硼烷(boranes,硼氢化合物)

/ BOR-aynes /

如果你把硼的化学想象成碳的表亲,你或许会以为硼会搭出类似烃的链:BH3、模仿乙烷的 B2H6,等等。但大自然玩的是更奇怪的游戏。硼比碳少一个价电子,所以它造不出给我们带来烷烃的那种简单的富电子链。硼和氢转而搭出一整族笼状、篮状的分子——硼烷,它们看起来全然不像有机化学,几十年里都是个真正的谜。

硼烷是硼与氢的二元化合物。最简单的稳定者是乙硼烷 B2H6,而非那难以捉摸的 BH3(后者只能瞬时存在并立刻二聚)。更大的硼烷成系列出现,名字带有 closo、nido、arachno,描述其笼有多完整:closo 硼烷(如硼烷阴离子 B6H6^2-)是封闭的多面体(这里是硼组成的八面体),nido(巢状)硼烷(如 B5H9)是缺一个顶点的封闭笼,arachno(网状)硼烷(如 B4H10)则缺两个顶点。它们靠普通的 2c-2e B-H、B-B 键再加上缺电子的 3c-2e 键(B-H-B 桥和中心的 B-B-B 键)撑住自己,而骨架电子对的数目正是决定形状的关键。

硼烷的意义远不止于猎奇。数它们的簇电子,正是韦德规则被发明出来要做的事,而同一套数法后来又统一了金属簇与碳硼烷的结构。在实用上,硼烷及其盐是还原剂,也是硼系试剂的起点;与这一族相关的硼氢根 BH4- 就是常用还原剂硼氢化钠。它们也自燃且有毒,提醒我们漂亮的结构和友善的物质并不是一回事。

癸硼烷 B10H14 是一种 nido 硼烷,它的十个硼组成一个像缺了两个顶点的二十面体那样的笼。尽管缺电子,它却是个能装在瓶子里的稳定固体,还一度因被设想为高能火箭燃料而受关注。

closo/nido/arachno 这些名字,不过是描述母体多面体有几个顶点被占的一套词汇。

BH3 本身不是一种稳定、可分离的硼烷:它只能作为瞬态物种存在,并立刻配对成乙硼烷 B2H6。把 BH3 当作最简单的硼烷是常见的口误。

又称
boron hydrides硼氢化合物硼氫化合物