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硼烷化合物中的杂原子? 1

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硼烷化合物是一类含有除碳以外的杂原子的分子和离子。除了由B和C原子构成的骨架外,理论上其他原子都有可能存在于硼烷化合物中,并且已经制备出了一些实例。本文将介绍其中的几种化合物作为示例。对于相关的等电子物种,P相当于BH-,S相当于BH2-。

已知的硼硫烷阴离子有B10SH11-和B10SH10-;后者与B9C2H11-等电子,并可能具有相似的结构。它们可以与过渡金属离子反应形成络合物,类似于双(二碳壶基)[bis(dicarbollyl)]金属物种,例如:

2B10SH10+Fe2+→[(B10SH10)2Fe]2-

至今为止,已知的碳磷硼烷仅限于B10CPH11的三种异构体。其中1,2-异构体是通过以下反应得到的:

Na3B10H10CH+PCl3→1,2-B10CPH11+3NaCl

类似于1,2-B10C2H12,1,2-B10CPH11在加热下可以转化为其1,7-和1,12-异构体。这些化合物与氮杂环已烷反应,产生异构的B9CPH11-阴离子,其结构可能类似于B9C2H12-阴离子,并且已经制备了一些与这种阴离子相关的金属络合物。

除了上述讨论的杂硼烷化合物外,还存在许多含有B与其他元素(如N、P、As、S和C)之间键的化合物。本文将概述其中一些有趣的论题。

硼-氮化合物R3N→BR3型化合物已经在由BR3化合物形成的许多给予体-受体络合物中进行了研究。在本节中,我们将涉及含有一NR一BR一单元的化合物。这个单元类似于一个CR'=CR基团,并且可以在许多化合物中进行取代。在N到B键中,实际的电子分布可以用共振来描述;在这种假设下,这种相似性是有道理的。然而,共振引入了明显的π结合。确实,N到B键中存在明显的π特征,这一点有很好的证据支持。然而,它们缺乏由(8-XIXb)所引起的极性。这种明显的自相矛盾可以通过键中存在相当大的极性,其方向与a键中的相反来解释。因此,实际的极性只是两者之间的差异。

许多含碳杂环的化合物,如(8-XX)和(8-XXI),含有一个或两个-BR'-NR-单元,但最有趣的化合物可能是间-硼氮六环(bor-azine)(8-XXII)及其衍生物。间-硼氮六环在化学式上明显类似于苯,并且两种化合物的物理性质也相似。然而,这种相似性不应过分强调,因为间-硼氮六环的化学活性通常与苯截然不同。间-硼氮六环更加活泼,可以快速进行加成反应(苯不能),例如:

B3N3H6+3HX→(-H2N-BHX-)3

(X=Cl,OH、OR等)

间-硼氮六环在储存时会缓慢分解,升高温度时会水解为NH3和B(OH)3。有趣的是,间-硼氮六环可以形成芳烃-金属络合物(23-3节),类似于苯。例如,已报道了六甲基间-硼氮六环络合物B3N3(CH3)6Cr(CO)3,与C6(CH3)6Cr(CO)3非常相似,只是其热稳定性较低。

间-硼氮六环和取代间-硼氮六环的合成反应步骤如下:

分子轨道计算和通过B3N3环3取代反应的实验结果表明,兀电子部分是离域化的。预计由于N兀轨道比B兀轨道具有明显的低能量,因此没有完全离域化。间-硼氮六环分子的扁平性通过分子轨道计算得到了证实,这是由于兀结合而加强的。这种计算还提出,N到B兀电子的漂移实际上是由于B到Na电子的漂移而加重,因此氮原子的电性较为负。

从广泛的胺基硼化学来看,还对硼-磷和硼砷化学进行了研究。其中一个值得注意的含有B-P键的化合物是[(CH3)2PBH2]3,它具有环状结构(8-XXIII)。

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