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Bor

Wasserstoff-Verbindungen

Die Gruppe der Bor-Wasserstoff-Verbindungen (Borane) zeichnet sich durch eine besondere strukturelle Vielfalt aus, die Ähnlichkeiten mit den Kohlenwasserstoffen aufweist.

Das Grundgerüst

Der Grundbaustein der Borane besitzt in Übereinstimmung mit der Valenzelektronenkonfiguration des Bor-Atoms die Zusammensetzung BH3. Eine Verbindung mit dieser Summenformel - Monoboran - ist jedoch nicht existent, die ermittelte Molekülmasse entspricht der dimeren Formel (BH3)2 = B2H6, Diboran.

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Hinweis
Diboran, B2H6
Ausführliche Darstellung von Struktur, Eigenschaften, Synthese, Reaktivität und Verwendung von Diboran und Boranaten, [BH4]-, in der Lerneinheit Diboran.

Höhere Borwasserstoffe

Höhere Borwasserstoffe (Polyborane) entstehen formal durch Zusammenlagerung gleicher oder verschiedener "Grundborane" BmHm+2. Bekannt sind die Borwasserstoffreihen BnHn+4, BnHn+6, BnHn+8 sowie BnHn+10.

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Abb.1
B8H12

1. nido-Strukturen (BnHn+4 )(nestartige Strukturen)

Abb.2
B4H10

2. arachno-Strukturen (BnHn+6 )(spinnenartige-Strukturen)

Abb.3
B6H7

3. closo-Strukturen(geschlossene Strukturen)

Höhere Borane wurden erstmals von A. Stock durch Einwirkung nichtoxidierender Säuren, wie z.B. Phosphorsäure, H3PO4, auf Magnesiumdiborid, MgB2, neben Diboran, B2H6, und Borsäure, H3BO3, erhalten (Protolyse).

Das inzwischen gebräuchlichere Verfahren zur Gewinnung von Polyboranen ist die Pyrolyse geeigneter Borane. Auch die Protonierung von entsprechenden Boranaten führt zur Bildung höherer Borane.

Die einfacheren Borane sind unter Normalbedingungen leicht flüchtige Gase oder Flüssigkeiten, die höheren Borane ab zehn Bor-Atomen sind Feststoffe.

Alle Polyborane sind wie Diboran toxisch und haben mit Ausnahme der nichtflüchtigen hochmolekularen Verbindungen einen widerlichen, Übelkeit erregenden Geruch.

Die Tetra- und Pentaborane sind sauerstoff- und hydrolyseempfindlich, bei den höheren Boranen nimmt die Reaktivität ab. Polyborane lassen sich unter Bildung von anionischen Borwasserstoffen (Boranate, richtiger: Hydridoborate) deprotonieren. Besondere Stabilität besitzen in der Gruppe der höheren Borane das Pentaboran(9), B5H9, und das Decaboran(14), B10H14.

Eine weitere Gruppe innerhalb der Bor-Wasserstoff-Verbindungen stellen die Heteroborane dar. Sie leiten sich von den Boranen durch den Ersatz von BH- oder BH2-Gruppen gegen isoelektronische Elementgruppen EHn ab (E = C, Si, N, P, S und Metall), wodurch sich vielfältige neue Reaktionsmöglichkeiten ergeben. Besonders intensiv untersucht wurden dabei die kohlenstoffhaltigen Borane, die Carborane.

Bindungsverhältnisse der Bor-Wasserstoff-Verbindungen

Die Bindungsverhältnisse in den Bor-Wasserstoff-Verbindungen sind ebenso wie im elementaren Bor dadurch charakterisiert, dass weniger Valenzelektronen zur Verfügung stehen, als zur Ausbildung eines stabilen Elektronenoktetts notwendig sind (Oktett-Regel). Alle Borane gehören demnach zu den Elektronenmangelverbindungen.

Im Einzelnen lassen sich die Strukturen durch Bor-Wasserstoff- und Bor-Bor-Zweielektronen-Zweizentren- sowie Bor-Wasserstoff-Bor- und Bor-Bor-Bor-Zweielektronen-Dreizentrenbindungen beschreiben. Die Zweizentrenbindungen entstehen dabei aus der Überlappung eines sp3-Hybridorbitals eines Bor-Atoms mit dem 1s-Orbital eines Wasserstoff-Atoms (B-H-σ-Bindung) oder dem sp3-Hybridorbital eines zweiten Bor-Atoms (B-B-σ-Bindung). Die Dreizentrenbindungen resultieren aus der gleichzeitigen Kombination je eines sp3-Hybridorbitals zweier Bor-Atome mit dem 1s-Orbital eines als Brücke fungierenden Wasserstoff-Atoms (B-H-B-Dreizentrenbindung) bzw. mit einem sp3- oder p-Orbital eines dritten Bor-Atoms (geschlossene bzw. offene Bor-Bor-Bor-Dreizentrenbindung). Entsprechend der MO-Theorie ergibt diese Art der Orbital-Überlappung ein bindendes, ein antibindendes sowie ein nichtbindendes Molekülorbital, wobei die beiden Bindungselektronen das bindende Molekülorbital besetzen.

Abb.4
Diboranstruktur
Abb.5
MO-Schema der B-H-B-Dreizentrenbindung im Diboran
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