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III. Hauptgruppe: B, Al, Ga, In, Tl
Übersicht
1. Einleitung
2. Chemie des Bors
3. Diboran (B2H6) der einfachste Bor-Wasserstoff
4. Höhere Bor-Wasserstoffe
1. Einleitung
Kohlenstoff bildet Kohlenwasserstoffe (Alkane), z.B.
CH H
H
H
CH
H
H
C H
H
H
CH
H
H
C
H
H
C H
H
H etc.
Methan Ethan Propan
Vorkommen: Ergas, ErdölBedeutung: Brennstoffe, Rohstoffe
Bor steht links vom Kohlenstoff
KohlenwasserstoffeBorwasserstoffe ?(C-H-Verbindungen)(B-H-Verbindungen)
Eigenschaften ?Bedeutung ?
2. Chemie des Bors
Kohlenstoff ist ein Nichtmetall !
Bor ist ein Nichtmetall !
Valenzelektronen
B C N O F NeLi Be
Kohlenstoff hat 4 Valenzelektronen
Bor hat nur 3 Valenzelektronen !
Bindigkeit von Kohlenstoff
H
C
H
HH
Ne
H
C
H
HHC
H4 x
Kohlenstoff bildet vier Elektronenpaarbindungen
Kohlenstoff erreicht ein Elektronenoktett
Bindigkeit von Bor
H
B
H H
Ne
H
B
H H
B
H3 x
Bor sollte drei Bindungen bilden…
… es erreicht dann aber nur ein Elektronensextett
Bor entkommt dem Elektronenmangela) durch Bildung von Doppelbindungen!
F
B
F F
B
F F
F
Sextett Oktett
b) durch Anlagerung von Lewis-Basen !
F
B
F F
F
F
B
F
FF+
BF3 Lewis-BaseBF4
-
Lewis-Säure
c) durch Ausbildung von Mehrzentrenbindungen !
Vergleiche BF3 mit BH3:
H
B
H H
F
B
F F
monomer, stabilDoppelbindungen
BH3 nicht stabilDoppelbindungen nichtmöglich
Das Experiment zeigt: BH3 dimerisiert zu Diboran:
H
B
H H H
B
H H
+H
B
H H H
B
H H
Oktett Diboran, B2H6isolierbares Gas
Monoboran, nicht faßbar
Bindungsverhältnisse in Diboran B2H6
Normale Elektronenpaarbindung(2-Elektronen-2-Zentren-Bindung)
B HH
B
H H H
B
H HH
B
H H H
B
H H
Mehrzentrenbindung(2-Elektronen-3-Zentren-Bindung)
B
H
B
Chemie des Bors kompakt
Nichtmetall, 3 Valenzelektronen, dreibindigBX3-Verbindungen = ElektronensextettBehebung Elektronenmangel:
a) Doppelbindungen (F)b) Anlagerung von Lewis-Basen (F-)c) Mehrzentrenbindungen (H, BORANE)
planares Dreiecktetraedrisch
BFF
F BFF
F
F
3. Diboran, der einfachste Borwasserstoff
farbloses, giftiges Gaskondensiert bei -93°C> 50° C Zersetzung
verzerrt tetraedrisches BorB-H: 120 pmB-H-B: 132 pm
Diboran entzündet sich an der Luft:3 O2+ B2O3 3 H2O+B2H6
2 O2+ CO2 2 H2O+CH4
Synthese von Diboranerfordert Abwesenheit von O2
Handschuhkasten Vakuumlinie
2 BF3 + + 6 LiFEther
6 LiH B2H6MgB2Ansäuern
B2H6früher:quantitativunbefriedigende Ausbeute
Diboran reagiert als Lewis-Säure
HB
HH
HB
HH 2 x D H
BH
H
D
2 x
HB
HH
HB
H
H
D
D
Lewis-Basen spalten das Molekül !Spaltung der B-H-B-Brücken !
ist ein Kompromiß ist besser
EN: B 2.0H 2.2O 3.5
Beispiel Hydrolyse
6 H2O+ 2 B(OH)3 6 H2+B2H6
HB
HH
HB
HH 2 x O
HB
HH
2 x
H
HO
H
H
δ-hydridisch
δ+
protisch
H HH
BH
OH
+
HB
HO
H
O
H
HH
BH O
H
O
HH
H HO
BH
OH
+ etc.
H
Nachweis der Borane
6 CH3O-H+ 2 B(OCH3)3 6 H2+B2H6
6 HO-H+ 2 B(OH)3 6 H2+B2H6
Borsäuretrimethylester
OB
OO
CC
C
Hydroborierung
+ 2 B(CH2CH3)3B2H6 6 H2C CH2Ethylen, ein Alken
C
BC
CC
C
C
Triethylbor, ein Organoboran(H.C. Brown, 1976 NPCh)
Diboran kompakt•B2H6, einfachstes Boran, gasförmig•Struktur: Doppeltetraeder
•Bindungsverhältnisse: 4 x B-H, 2 x B-H-B
•Synthese: Vakuumtechnik
•Reagiert als Lewis-Säure mit Lewis-BasenSpaltung der MehrzentrenbindungenH2O ergibt B(OH)3 + H2, CH3OH ergibt B(OMe)3 + H2Alkene liefern Organoborane (Hydroborierung)
4. Höhere Borane
CH H
H
H
CH
H
H
C H
H
H
CH
H
H
C
H
H
C H
H
HCH4 C2H6 C3H8 CnHn+2
BH
H HB
H
HB
H
HB
H
HB
H
BH
H
BH3 B2H4 B3H5 BnHn+2
Borane der Reihe BnHn+2 haben ElektronensextettBorane der Reihe BnHn+2 sind nicht isolierbar !
Kombination der BnHn+2-Borane !
BH
H HB
H
HB
H
HB
H
HB
H
BH
H
BH3 B2H4 B3H5
BnHn+2bisher keine
x 3
B3H9
BnHn+4bisher 13 Stück
B2H6
x 2 x 2
B4H8
x 3
B6H12
x 2
B6H10
x 3
B9H15BnHn+6bisher 11 Stück
Strukturen und Strukturprinzipien !
BnHn+4 BnHn+6
B B
B B
B
BB
B
B B
B
B B
B B
B
B
Oktaeder einTrigonpolyeder
B5H9 (n=5) B4H10 (n=4)nido-Boran (Nestartig) arachno-Boran (Spinne)
Bindung: Mehrzentrenbindungen, wie erwartet !
B4H10
B
B B
B
B
BB
B
Schlußbetrachtung
Borane ?es gibt sie !
sie sind exotisch !
Eigenschaften ?durch den Elektronenmangel geprägt !
Bedeutung ?Keine neuen Brennstoffe !
Bindungstheorie !Synthese !
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