אינטראקציה בסיס חומצה לואיס ב Ph₃P-BH₃

תן דעתך לקשר בין טריפנילפוספין לבוראן. ראשית נשקול כיצד נראות שתי המולקולות לפני שהן יוצרות תוסף לואיס.

זכור מבני נקודות לואיס, ותיאוריה של מעטפת אלקטרונים -זוג ערכית (VSEPR), מכימיה כללית. מבנה הנקודות של לואיס של טריפנילפוספין מוצג באיור 1. ישנם שלושה קשרים קוולנטיים בין אטום הזרחן לאחד מאטומי הפחמן בכל אחת משלוש טבעות פניל. שני אלקטרונים (זוג בודד) שוכנים על האטום הזרחן כדי להשלים את האוקטט. מרכז הזרחן הוא sp³ היברידי ויש לו גיאומטריה אלקטרונית tetrahedral, עם זוג בודד של אלקטרונים המתגוררים במסלול sp^3. טריפנילפוספין יש זוג בודד שניתן לתרום למולקולה אחרת ולכן מסווג כבסיס לואיס.

איור 1. מבנה הנקודות של לואיס של טריפנילפוספין.

מבנה הנקודות של לואיס של בוראן מוצג באיור 2. ישנם שלושה קשרים קוולנטיים בין אטום הבורון לבין אטומי המימן. במקרה זה, במרכז בורון יש רק שישה אלקטרונים ערכיים ולכן אינו פועל לפי^כלל 8 e. בוראן הוא אפוא מנדר ו sp² היברידי, עם sp² מסלולית ויוצר קשרים אטומי המימן ואת המסלול p הבודד להיות ריק. בוראן הוא אפוא חומצת לואיס.

איור 2. מבנה הנקודות של לואיס של בוראן.

מאז הזרחן ב טריפנילפוספין יש מסלול מלא ואת בורון של בוראן יש מסלול ריק, תוספת בסיס חומצה לואיס יכול להיווצר, עם טריפנילפוספין תורם שני האלקטרונים שלה בורון. עם היווצרות תוספת, מרכז בורון הופך sp³ היברידית (משוואה 1).

(1)

משוואה 1 מדגימה את הרעיון של חומציות לואיס, כאשר חומצות לואיס מקבלות זוגות בודדים של אלקטרונים, ובסיסי לואיס תורמים זוגות אלקטרונים. לפעמים, חומצות לואיס נקראות אלקטרופילים, ולואיס בסיסי כמו נוקלופילים. קשרים בין חומצות ובסיסים של לואיס נקראים לעתים קרובות קשרים קוולנטיים או דיבנטים, ולעיתים מיועדים לחצים בניגוד לקווים.

קומפלקס בוראנה טריפנילפוספין:

³¹ P NMR (כלורופורם-d, 500 מגה-הרץ, δ, ppm): 20.7 (כפול רחב)

טריפנילפוספין:

³¹ P NMR (כלורופורם-d, 500 מגה-הרץ, δ, ppm): -5.43

האות ³¹P NMR של מתחם בוראן טריפנילפוספין הוא במורד המגרש יחסית טריפנילפוספין חינם. זה עולה בקנה אחד עם הסרת צפיפות אלקטרונים ממרכז הזרחן, אשר deshielded על היווצרות adduct.

קומפלקס הבוראן טריפנילפוספין הוא דוגמה לתסביך לואיס, לפיו בסיס לואיס תורם אלקטרונים לחומצה של לואיס. למרות ש-BH₃ ו-PPh₃ לא בהכרח ייחשבו לחומצה ובסיס, בהתאמה, תוך שימוש בתיאוריות אחרות של בסיס חומצה, תיאוריית בסיס החומצה של לואיס מנבאת נכונה שהמולקולות יוצרות תוסף יציב.

הפעלת מולקולה קטנה:

בעוד שיוני מתכת מעבר נחשבו היסטורית לחומצות לואיס, הרעיון שהם יכולים לשמש כבסיסי לואיס מתקדם. לדוגמה, ג'ונאס פיטרס ושותפיו לעבודה בקלטק הראו כי מתחמי מתכת-בוראן, שיכולים לתרום אלקטרונים לחומצת לואיס בוראן (ליגנד מסוג Z), יכולים להוליד תגובתיות חדשנית. מין בוראן ניקל הוכח להוסיף באופן הפיך H₂, הטרולית לבקע את הקשר H-H. ⁴ המין H_{2 -הוסיף}הוא זרז עבור הידרוגנציות של אולפינים. הקבוצה דיווחה גם כי מתחמי ברזל-בוראן יכולים להפחית קטליטית חנקן לאמוניה. ⁵ זו הייתה הדוגמה הראשונה לזרז הומוגני מבוסס ברזל לתגובה מאתגרת אך ביקורתית זו.

זוגות לואיס מתוסכלים:

תחום מחקר עדכני נוסף הוא זה של "זוגות לואיס המתוסכלים", או FLPs. אלה הם לואיס חומצה בסיס "adducts" כי בשל סיבות steric, לא יכול ליצור קשר dative. ⁶ דאגלס סטפן ושותפיו לעבודה מאוניברסיטת טורונטו שקלו איזו תגובתיות תהיה לתוספים כאלה, במיוחד עם הרעיון להשתמש בהם להפעלת מולקולות קטנות וזרז. במחשבה על מתחמי מתכת מעבר, שיכולים לקבל ולתרום צפיפות אלקטרונים אל וממצעים, הם שיערו תכונות תורם / מקבל של מה שהם כינו "זוגות לואיס מתוסכלים" עשויים להיות לגבי תגובתיות.

בשנת 2006, סטפן ושותפיו לעבודה דיווחו במדע כי zwitterionic (C₆H₂Me₃)₂PH(C₆F₄)BH(C₆F₅)₂ מאבד באופן הפיך H₂ לתת (C₆H₂Me₃)₂P(C₆F₄)B(C₆F₅)₂. ⁷ זו הייתה הדוגמה הראשונה להפעלת H_{2 הפיכה} עם רכיבי קבוצה עיקריים, ואחריה דוגמאות אחרות (איור 3). מחקר זה סלל את הדרך להתפתחות מחקר FLP. מאז פותחו FLPs שהם זרזים הידרוגנציאליים מוסמכים, ויכולים להפעיל מגוון מולקולות קטנות כולל CO₂. זהו תחום מחקר חדש ומרגש.

איור 3. דוגמאות מוקדמות של תגובתיות של FLPs עם H₂. מותאם מהפניה 5.