Borán

Ez a szócikk a vegyületről szól. Hasonló címmel lásd még: boránok.

Borán
IUPAC-név	borán[1]
Szabályos név	borán (szubsztitutív) trihidridobór (additív)
Más nevek	bór-trihidrid
Kémiai azonosítók
CAS-szám	13283-31-3
PubChem	6331
ChemSpider	6091
ChEBI	30149
SMILES B
InChIKey	UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N
Gmelin	44
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	H3B
Moláris tömeg	13,83 g/mol
Megjelenés	színtelen gáz
Kristályszerkezet
Molekulaforma	síkháromszöges
Dipólusmomentum	0 D
Termokémia
Std. képződési entalpia ΔfH^o298	106.69 kJ mol^−1
Standard moláris entrópia S^o298	187.88 kJ mol^−1 K^−1
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A borán (BH₃) instabil, erősen reaktív anyag. A borán-karbonil (H₃BCO) felfedezése fontos szerepet játszott a boránok kémiájának megértésében, ugyanis ebből valószínűsíthető volt a boránmolekula léte.^[2] Azonban a BH₃-molekula igen erős Lewis-sav, ezért nagyon reaktív, és csak folyamatosan termelődő átmeneti anyagként vagy bór és hidrogén lézerrel irányított reakciójakor észlelhető.^[3]

Szerkezete, tulajdonságai

A borán síkháromszöges molekula D_3h szimmetriával. A B–H kötés kísérletileg megállapított hossza 119 pm.^[4]

Ha a környezetében nincs más molekula, önmagával reagál diborán képződése közben. Tehát a borán a diborán előállításának köztiterméke az alábbi reakciók alapján:^[5]

${\displaystyle {\ce {BX3 +BH_4^- -> HBX_3^- +BH3}}}$ (X=F, Cl, Br, I)

${\displaystyle {\ce {2BH3 ->B2H6}}}$

A borán dimerizációjának standard entalpiája számítások szerint −170 kJ/mol.^[6]

A borán bóratomjának 6 vegyértékelektronja van. Ezért erős Lewis-sav, ami bármilyen Lewis-bázissal reagál (az alábbi egyenletben L-lel jelölve), hogy adduktumot képezzen:

${\displaystyle {\ce {BH3 +L -> L-BH3}}}$

ahol a bázis egy magányos elektronpárjával datív kovalens kötést alkot. E vegyületek termodinamikailag stabilak, de levegőn oxidálódhatnak. A borán–dimetil-szulfid- és borán–tetrahidrofurán-tartalmú oldatok a kereskedelemben kaphatók; a tetrahidrofurán-adduktumot nátrium-borohidriddel stabilizálják a borán tetrahidrofurán általi oxidációját megakadályozandó.^[7] A borán néhány gyakori adduktumának spektroszkópiai és termokémiai adatok alapján becsült stabilitási sorozata a következő:

PF₃ < CO< Et₂O< Me₂O< C₄H₈O < C₄H₈S < Et₂S< Me₂S< Py < Me₃N< H⁻

A borán néhány tulajdonsága a szoft Lewis-savakra jellemző, ugyanis a kéndonorok stabilabb komplexeket alkotnak, mint az oxigéndonorok.^[5] Vizes oldatban nagyon instabil, a következőképp reagál:^[8][9]

BH₃ + 3H₂O → B(OH)₃ + 3 H₂

Reakciói

A borán feltételezhetően a diborán magasabb bóratomszámú boránokká való pirolízisének köztiterméke:^[5]

${\displaystyle {\ce {B2H6 <=> 2BH3}}}$

${\displaystyle {\ce {BH3 +B2H6 -> B3H7 +H2}}}$ (sebességmeghatározó lépés)

${\displaystyle {\ce {BH3 +B3H7 <=> B4H10}}}$

${\displaystyle {\ce {B2H6 +B3H7 -> BH3 +B4H10 <=> B5H11 +H2}}}$

A további lépések egyre magasabb bóratomszámú boránokat eredményeznek, a legstabilabb közülük a B₁₀H₁₄, ezenkívül néhány polimer és kevés B₂₀H₂₆ is jelen van.

A borán-amminból hidrogéneliminációval bórazin ((HBNH)₃) állítható elő.^[10]

A boránadduktumokat gyakran használják hidroborációra, ahol a borán a C=C kettős kötésre addicionál, a reakció termékei trialkilboránok:

${\displaystyle {\ce {(THF)BH3 +3CH_2=CHR -> B(CH2CH2R)3 +THF}}}$

A reakció regioszelektív. Más boránszármazékok is használhatók a regioszelektivitás növelése érdekében.^[11] A keletkező trialkilboránok tovább alakíthatók hasznos származékokká. A megfelelő alkénekkel előállíthatók (HBR₂)₂ szerkezetű boránok, amik szintén hasznos reagensek. Ezenkívül borán–dimetil-szulfid is használható, ami a borán–tetrahidrofuránnál stabilabb.^[12][11]

Lewis-savként

A foszfin-boránok (H₃BPR_3-nH_n) szerves foszfinok és borán adduktumai.

A borán(5) (BH₅ vagy BH₃(η²-H₂))^[13] a borán hidrogénnel alkotott komplexe. Csak alacsony hőmérsékleten stabil, létezése igazolt.^[14][15] A borán(5) izoelektromos a metániumionnal (CH+5).^[16] Konjugált bázisa a borohidridion.

Jegyzetek

1. Borane
2. Burg, Anton B. (1937. május). „Hydrides of boron. VII. Evidence of the transitory existence of borine (BH₃): Borine carbonyl and borine trimethylammine”. Journal of the American Chemical Society 59 (5), 780–787. o. DOI:10.1021/ja01284a002. 
3. (1994) „Reactions of Pulsed-Laser Evaporated Boron Atoms with Hydrogen. Infrared Spectra of Boron Hydride Intermediate Species in Solid Argon”. Journal of the American Chemical Society 116 (11), 4970–4976. o. DOI:10.1021/ja00090a048. ISSN 0002-7863. 
4. (1992) „Fourier transform infrared spectroscopy of the BH₃ ν₃ band”. The Journal of Chemical Physics 96 (5), 3411–3415. o. DOI:10.1063/1.461942. ISSN 0021-9606. 
5. Greenwood, Norman N., Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements, 2, Butterworth-Heinemann (1997). ISBN 0-08-037941-9 
6. (1987) „Dimerization energy of borane”. J. Phys. Chem. 91 (11), 2675–2678. o. DOI:10.1021/j100295a001. 
7. Oláh A. György, Mölner Árpád: Hydrocarbon Chemistry, 2. kiadás, 2003, Wiley-Blackwell ISBN 978-0471417828
8. (1972. augusztus) „Asymmetric cleavage of diborane by water. The structure of diborane dihydrate”. Inorganic Chemistry (journal) 11 (8), 1941–1944. o. DOI:10.1021/ic50114a043. 
9. (2010. május) „Mechanism of generation of volatile species by aqueous boranes”. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 65 (5), 360–375. o. DOI:10.1016/j.sab.2010.04.010. 
10. Chapter 13: The Group 13 Elements, Inorganic Chemistry, 3rd, Pearson, 336. o. (2008). ISBN 978-0-13-175553-6 
11. (2006. július 1.) „Boron reagents in process chemistry: Excellent tools for selective reductions”. Chemical Reviews 106 (7), 2617–2650. o. DOI:10.1021/cr0406918. PMID 16836295. 
12. Kollonitisch, J. (1961). „Reductive Ring Cleavage of Tetrahydrofurans by Diborane”. J. Am. Chem. Soc. 83 (6), 1515. o. DOI:10.1021/ja01467a056. 
13. Szieberth Dénes, Szpisjak Tamás, Turczel Gábor, Könczöl László (2014. augusztus 19.). „The stability of η2-H2 borane complexes – a theoretical investigation”. Dalton Transactions 43 (36), 13571–13577. o. DOI:10.1039/C4DT00019F. PMID 25092548. 
14. (1994. június 1.) „Reactions of Pulsed-Laser Evaporated Boron Atoms with Hydrogen. Infrared Spectra of Boron Hydride Intermediate Species in Solid Argon”. Journal of the American Chemical Society 116 (11), 4970–4976. o. DOI:10.1021/ja00090a048. 
15. (1994. június 1.) „The structure and stability of BH₅. Does correlation make it a stable molecule? Qualitative changes at high levels of theory”. The Journal of Chemical Physics 101 (9), 7625. o. DOI:10.1063/1.468496. 
16. A Life of Magic Chemistry: Autobiographical Reflections Including Post-Nobel Prize Years and the Methanol Economy, 159p

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Borane című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.