Борани

Бора́ни, борово́дні, гідри́ди бо́ру (англ. boranes) — неорганічні сполуки Бору з Гідрогеном. Хімічний зв’язок двоелектронний трицентровий. Найпростіша молекулярна сполука ВН3 виявлена в газовій фазі, термічно нестабільна (розкладається за температури ~ 198 К), її димер диборан (B₂H₆) є найпростішим гідридом бору. Мають високу хімічну активність і надзвичайно велику теплоту згоряння.

Структурна формула боранів

Отримання

Борани є недостатньо стійкими термодинамічними сполуками, тому їх зазвичай синтезують непрямими методами.

Способи отримання

1. «Магнієвий метод», або «спосіб Штока», який відкрив 1912 А. Шток: отримання і подальше розкладання бориду магнію (Mg₃B₂) кислотою хлоридною. Добуті борани (газова суміш із характерним запахом) розділяють за допомогою вакуумної перегонки, очищують, після чого зберігають у контрольованих умовах для подальшого використання. Спосіб не втратив значення дотепер.

2. Реакція хімічна трихлористого бору (BCl₃) з воднем у вольтовій дузі високої напруги. Уперше випробували Г. Шлезінгер (1882–1960; США) і Г. Ч. Браун. Отриманий під час реакції гідрохлороборан піддають диспропорціонуванню, охолоджуючи до кімнатної температури, після чого розділяють диборан і трихлористий бор. Вихід диборану становить 55 %. Надалі вчені запропонували ефективніший спосіб отримання боранів внаслідок реакції обміну між тетрагідридоборатом натрію (Na[BH₄]) і трифтористим бором (BF₃). Метод популярний у промисловості та лабораторіях оскільки забезпечує високу чистоту продукту.

Вищі борани отримують лише внаслідок термічного крекінгу диборану.

Класифікація

Борани поділяють на кілька типів залежно від їхньої будови, кількості атомів Бору й Гідрогену та форми кластерів:

клозоборани ([B_nH_n]^2-, де n = 6 –12) — поліедральні аніонні кластери, що мають структуру замкнутого багатогранника та заряд;

Клозоборани [B₆H₆]^2-

нідоборани (B_nnH_n+4, B₅H₉, B ₁₀H₁₄) — аніонні поліедри без однієї вершини відносно замкнутого каркаса, вони утворюються завдяки скелетним електронним парам;

Нідоборани [B₅H₉]

арахноборани (B_nH_n+6, B₄H ₁₀, B ₅H₁₁ і B₈H ₁₄) — поліедри без двох вершин;

Арахноборани [B₄H₁₀]

гіфоборани (B_nH_n+8, B₈H₁₆ або B₁₀H₁₈) — поліедри без трьох вершин;

кон’юнктоборани — складні структури, що поєднують фрагменти різних типів боранів.

Фізичні властивості

Відомі борани з кількістю атомів Бору від 2 до 20. Сполуки ряду боранів, подібно до вуглеводнів, можуть перебувати в усіх трьох агрегатних станах: диборан (В₂Н₆) і тетраборан (В₄Н₁₀) є газами, сполуки від пентаборану (В₅Н₉) до нонаборану (В ₉Н₁₅) — рідини, а сполуки вищі від декаборану — тверді речовини.

Більшість сполук ряду легкозаймисті та вибухонебезпечні.

Хімічні властивості

Згоряючи в кисні (див. Оксиген) утворюють B₂O₃, при n = 1– 6 загоряються на повітрі, вищі — стійкі. Розкладаються водою до борної кислоти та водню (див. Гідроген). З лугами утворюють гіпоборати (напр., К ₂[В₂Н₆]₂), і зокрема диборан з гідридами металів або їхніми алкільними похідними — борогідридами металів (напр., LiBH₄, Al(ВH₄)₃). За деякими властивостями борани подібні до вуглеводнів і кремневоднів. Як і вуглеводні, похідні боранів беруть участь у реакціях збільшення ланцюга.

Застосування

Сильні відновники: їхні похідні застосовують як ракетне паливо, ефективні відновники в органічному синтезі. Диборан є важливим реагентом у хімії.

Застереження використання

Токсичні, мають сильно виражений нервово-паралітичний вплив на людину і тварин. Диборан має задушливу дію, подібну до фосгену. Пентаборани і декаборани діють на центральну нервову систему, нирки і печінку. Борани є сполуками із найвищою категорією вогненебезпечності, вони здатні до самозаймання не тільки на повітрі, а й у разі контактів із водою та рядом галогенопохідних вуглеводнів. Під час горіння боранів на повітрі розвиваються високі температури.

Література

Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements. 2nd ed. Oxford : Butterworth-Heinemann, 1997. P. 151–195.
CRC Handbook of Chemistry and Physics / Ed. by D. R. Lide. 86th ed. Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. 2656 p.
Борани // Глосарій термінів з хімії / Уклад. : Й. Опейда, О. Швайка. Донецьк : Вебер, 2008. С. 66.
Матысина З. А., Загинайченко С. Ю., Щур Д. В. и др. Борокарбиды щелочных и щёлочноземельных металлов — возможные накопители водорода // Металофізика та новітні технології. 2013. Т. 35. № 5. С. 611–636.
Kondratov I. S., Moroz Y. S., Grygorenko O. O. [et al.] Reevaluating ortho-Carborane Synthesis : Success with Mono-Substituted Acetylenes in the Presence of Silver Salts // Journal of Organic Chemistry. 2024. Vol. 22. Issue 3. P. 6–15.