Introductie tot de chemie

Termen

• boraanEen binaire verbinding van borium en waterstof.
• diamagnetischEen stof die diamagnetisme vertoont, en door een magneet wordt afgestoten.
• pyrofoorHet spontaan ontbranden in lucht.

Boranen zijn chemische verbindingen van boor en waterstof. De boranen omvatten een grote groep verbindingen met de generieke formule van BxHy. Deze verbindingen komen in de natuur niet voor. Veel van de boranen oxideren gemakkelijk bij contact met lucht, sommige zelfs met geweld. Het moederlid BH3 wordt boraan genoemd, is alleen bekend in gasvormige toestand, en dimereert tot diboraan, B2H6.

De grotere boranen bestaan alle uit veelvlakkige boriumclusters, waarvan sommige als isomeer bestaan. Zo zijn de isomeren van B20H26 gebaseerd op de samensmelting van twee 10-atomige clusters. De belangrijkste boranen zijn diboraan B2H6, pentaboraan B5H9, en decaboraan B10H14. De ontwikkeling van de chemie van boorhydriden heeft geleid tot nieuwe experimentele technieken en theoretische concepten. Boorhydriden zijn bestudeerd als potentiële brandstoffen, voor raketten en voor gebruik in de auto-industrie.

De namen voor de reeks boranen zijn afgeleid van dit algemene schema voor de geometrieën van de clusters:

• hypercloso- (van het Grieks voor “over kooi”) een gesloten volledige cluster (bijv, B8Cl8 is een licht vervormd dodecaëder)
• closo- (van het Grieks voor “kooi”) een gesloten volledige cluster (bijv. icosaëder B12H122-)
• nido- (van het Latijn voor “nest”) B beslaat n hoekpunten van een n+1 deltaëder (bijv, B5H9 een octaëder die één hoekpunt mist)
• arachno- (uit het Grieks voor “spinnenweb”) B bezet n hoekpunten van een n+2 deltaëder (b.v. B4H10 een octaëder die twee hoekpunten mist)
• hypho- (uit het Grieks voor “net”) B bezet n hoekpunten van een n+3 deltaëder (b.v, mogelijk heeft B8H16 deze structuur, een octaëder die drie hoekpunten mist)
• conjuncto- twee of meer van de bovenstaande zijn met elkaar versmolten (bijv. de rand of twee hoekpunten versmolten B19H221-, gezicht of drie hoekpunten versmolten B21H181-, en vier hoekpunten versmolten B20H16)

Boranen zijn allemaal kleurloos en diamagnetisch. Het zijn reactieve verbindingen en sommige zijn pyrofoor. De meeste zijn zeer giftig en vereisen speciale voorzorgsmaatregelen bij het hanteren. Eigenschappen en reactiviteit:

• closo- Er is geen neutraal closo boraan bekend. Zouten van de closo-anionen, BnHn2- zijn stabiel in neutrale waterige oplossing, en hun stabiliteit neemt toe met de grootte.
• nido- Pentaboraan(9) en decaboraan(14) zijn de meest stabiele nido-boranen, in tegenstelling tot nido-B8H12, dat boven -35o ontleedt.
• arachno- Over het algemeen zijn deze reactiever dan nido-boranen; ook hier neigen grotere verbindingen stabieler te zijn.

Typische reacties van boranen zijn:

• elektrofiele substitutie
• nucleofiele substitutie door Lewisbasen
• deprotonering door sterke basen
• clusterbouwreacties met borohydriden
• reactie van een nido-boraan met een alkyne om een carboraancluster te geven

Boranen kunnen fungeren als liganden in coördinatieverbindingen. Boranen kunnen reageren om hetero-boranen te vormen (bijvoorbeeld carboranen of metalloboranen), clusters die boor en metaalatomen bevatten.