Periodiek systeem/Boorgroep, organoelement

Organoelement-verbindingen in de boorgroep


9-borabicyclo(3.3.1)nonaan

Diisopinocampheylboraan, een door de grote alkylgroepen monomeer boraan

Borabenzeen zoals het vrij niet voorkomt.

Boor^{[Bron 1]}

Als lid van de eerste periode heeft boor een grote overeenkomst in zijn elektronenstructuur en orbitalen met koolstof. Veel verbindingsklassen die uit de organische chemie bekend zijn, worden ook aangetroffen in de organoboor-chemie.

Alkylboranen

Het kleine verschil in de elektronegativiteit van koolstof (2,55) en boor (2,04) heeft tot gevolg dat de meeste allkyl-boor-verbindingen, hoewel makkelijk oxideerbaar, verder redelijk stabiel zijn. Rond boor wordt meestal geen volledig octet gevormd, waardoor de verbindingen makkelijk zouden kunnen reageren, maar sterische hindering voorkomt dat meestal. Trialkylboranen hebben rond boor, als ze door sterische hindering van grote alkylgroepen niet dimeriseren, meestal een vlakke driezijdig symmetrische structuur, bijvoorbeeld triethylboraan ${\ce {(\ B(C2H5)3\ )}}$ . Een in de synthetische chemie belangrijke (cyclo)alkylboraan is 9-borabicyclo(3.3.1)nonaan. Het wordt toegepast om anti-Markovnikov additie van water over een dubbele band te realiseren.

Borabenzeen

De nabijheid van een dubbele band, en de lege p-orbitaal op boor, kan de koolstof-boor-binding dubbele band-karakter geven. Daarnaast kan boor optreden ter vervanging van koolstof in bijvoorbeeld benzeen: borabenzeen. De verbinding is, vanuit organisch chemisch oogpunt bezien wel vreemd: Boor draagt geen elektron bij aan het ${\ce {\pi}}$ -systeem, erger nog, het onttrekt er een. In ${\ce {C5H5B}}$ moeten de volgende elektronen geplaatst worden:

Element	e^- per element	Aantal	Totaal
Koolstof	6	5	30
Waterstof	1	5	5
Boor	5	1	5
Totaal			40

Het opvullen van de moleculaire orbitalen verloopt als volgt: De 1s orbitalen van koolstof hebben de laagste energie, gevolgd door die op boor. Vervolgens zijn de sigma-bindingen tussen de koolstof-atomen aan de beurt. De koolstof-atomen hebben de hoogste kernlading dus zullen in het sigma-skelet de laagste energie voor de bindingen opleveren. Daarna volgen de koolstof-boor- en als laatste in het sigma-skelet de koolstof-waterstofbindingen. De niet voor een binding naar koolstof-atomen gebruikte sp²orbitaal op boor is dan aan de beurt, deze orbitaal krijgt een "lone pair". Vervolgens blijven er nog vier elektronen over voor het ${\ce {\pi}}$ -systeem. In het ${\ce {\pi}}$ -systeem van benzeen zijn ontaarde energie-niveaus aanwezig, waardoor in benzeen 4 elektronen in het ${\ce {\pi}}$ -systeem tot een diradicaal zou leiden. Door de aanwezigheid van het boor-atoom is in borabenzeen geen ontaarding aanwezig en bezetten de laatste vier elektronen de twee laagste aromatische orbitalen. Bovenstaande theorie gaat er van uit dat borabenzeen een bestaanbaar molecuul is. Helaas is de structuur met 4 elektronen in het ${\ce {\pi}}$ -systeem een zeer sterk Lewiszuur, zodat borabenzeen niet als zuivere stof te isoleren is.	Orbitaal	Aantal	Totaal e^-	Cumulatief
	C-1s	5	10	10
	B-1s	1	2	12
	${\ce {\sigma _{C-C}}}$	4	8	20
	${\ce {\sigma _{C-B}}}$	2	4	24
	${\ce {\sigma _{C-H}}}$	5	10	34
	${\ce {lone\ pair_{B}}}$	1	2	36
	${\ce {\pi \ -systeem}}$		4	40


${\ce {Al2(C2H5)4( \mu C3H5)2}}$ . De ${\ce {\mu}}$ geeft aan dat de betreffende ethyylgroepen verbonden zijn met beide aluminium-atomen.

Trimethylgallium

Aluminium^{[Bron 2]}

De beschreven organo-aluminiumverbindingen zijn veelal van het alkyl-alumnium-type, al zijn er ook aromatische substituenten bekend. De eenvoudige verbindingen vormen meestal dimeren, zoals het als tri-ethylaluminium te bioek staande dimeer: ${\ce {Al2(C2H5)4( \mu C3H5)2}}$ . De meer ruimte vragende kamfergroep dwingt het molecuul tot een monomere vorm: ${\ce {Al(C6H2(CH3)3)3}}$ . Vooral door het werk van Karl Ziegler in de jaren 50 van de 20e eeuw zijn deze stoffen op de chemische kalender verschenen als katalysator in de polymerisatie van alkenen.

Gallium^{[Bron 3]}

De belangrijkste organogalliumverbinding is trimethylgallium. Het wordt gebruikt in de productie van galliumarsenide dat toepassing vindt in zonnecellen en led's:

{\ce {Ga(CH3)3\ +\ AsH3\ \longrightarrow \ GaAs\ +\ 3CH4}}

Trimethylgallium zelf kan op verschillende manieren bereid worden:

via Transmetallatie, bijvoorbeeld van dimethylkwik:

{\ce {2Ga\ +\ 3Hg(CH3)2\ \longrightarrow \ 2Ga(CH3)3\ +\ 3Hg}}

met behulp van methyllithium of een Grignard op basis van gallium(III)chloride:

{\ce {GaCl3\ +\ 3CH3MgBr\ \longrightarrow \ Ga(CH3)3\ +\ 3MgBrCl}}

Indium^{[Bron 4]}

In de organo-idiumchemie wordt duidelijk dat in de hogere perioden van het periodiek systeem de s-elektronen veel beter aan het atoom gebonden zijn de de in de zelfde schil bewegende p=elektronen. Naast de voor de boorgroep gebrukelijke valentie IN(III) bestaan er ook verbindingen op basis van IN(I). In de organo-indiumchemie is cyclopentadienylindium(I) een spreken voorbeeld van. Vereenvoudigd kan de structuur van deze verbinding weergegeven worden zoals onderstaande figuur links, de rechter structuur geeft een beter beeld van het polymere karakter van de stof.

Bronnen

↑ Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organoboron chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 12 oktober 2023 aanwezig was.
↑ Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organoaluminium chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 14 oktober 2023 aanwezig was.
↑ Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organogallium chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 15 oktober 2023 aanwezig was.
↑ Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organoindium chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 15 oktober 2023 aanwezig was.

Verwijzingen in de tekst

[1] Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organoboron chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 12 oktober 2023 aanwezig was.

[2] Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organoaluminium chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 14 oktober 2023 aanwezig was.

[3] Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organogallium chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 15 oktober 2023 aanwezig was.

[4] Deze paragraaf is een ingekorte vertaling van de tekst in het lemma Organoindium chemistry op de Engelstalige Wikipedia, zoals deze op 15 oktober 2023 aanwezig was.

[Bron 1]

[Bron 2]

[Bron 3]

[Bron 4]