p区元素(一):第13、14族

三中心两电子键(three-center two-electron bond)

/ three-CEN-ter two-electron; 3c-2e /

一根普通的共价键就像两个原子之间的握手:一对共享电子把两个原子核粘在一起。但若一个分子没有足够的电子对去把每对相邻原子都两两粘住呢?硼的氢化物恰恰面对这种短缺。它们优雅的脱身之法,是让单单一对电子同时抓住三个原子,就像一根绳子绕在三根柱子而不是两根上。

三中心两电子(3c-2e)键是一个铺在三个原子上、只填了两个电子(一对)的成键分子轨道。在乙硼烷 B2H6 中,两个硼原子被两个氢桥连;每座桥是一个 B-H-B 单元,其中一对电子占据由一个硼轨道、氢的 1s 和另一个硼轨道组成的轨道。电子密度堆在中间、偏离两硼之间的直线,这正是这类桥有时被画成弯曲键或香蕉键的原因。更大的硼烷和碳硼烷还用中心的 B-B-B 三中心两电子键,共享的一对电子把三角形里的三个硼绑在一起。关键特征是:两个电子干了看上去本应是两根独立键的活。

这个想法把缺电子化学从悖论中救出,是硼烷、碳硼烷以及许多金属簇的结构核心。它还出现在质子化物种如 H3+(三个质子组成三角形共享一对电子)以及某些有机金属桥和抓氢(agostic)相互作用中。认出一根 3c-2e 键,就是令人困惑的缺电子化学式突然说得通的时刻:你不再去画太多线,而是把一对电子离域到三个中心上。

在 B2H6 中,四根端基 B-H 键是普通的 2c-2e 键,但两个桥连氢处在 B-H-B 三中心两电子键里。这正是桥连 B-H 距离较长、桥角呈弯曲而非直线的原因。

一对电子抓住三个原子,正是让贫电子分子得以存在的诀窍。

3c-2e 键并不是弱键或半根键;它是一根完全真实的键,只不过其唯一被占据的轨道恰好跨在三个原子核而非两个上。不同的是记账方式(一对电子、三个原子),而非键合的真实性。

又称
3c-2e bondbanana bond三中心二电子键三中心二電子鍵