Boron trihidrida

Halaman ini berisi artikel tentang senyawa dengan rumus BH₃. Untuk kelas senyawa yang lebih luas, lihat Borana. Untuk edisi Alkitab Ibrani yang dikenal sebagai BH5, lihat Biblia Hebraica Quinta.

Boron trihidrida

Nama
Nama IUPAC Borana[1]
Nama IUPAC (sistematis) Borana (substitutif) Trihidridoboron (aditif)
Nama lain borina boron trihidrida hidrogen borida
Penanda
Nomor CAS	13283-31-3
Model 3D (JSmol)	Gambar interaktif
3DMet	{{{3DMet}}}
ChEBI	CHEBI:30149
ChemSpider	6091
Nomor EC
Referensi Gmelin	44
PubChem CID	6331
Nomor RTECS	{{{value}}}
InChI InChI=1S/BH3/h1H3 Key: UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N
SMILES B
Sifat
Rumus kimia	BH3
Massa molar	13,83 g·mol^−1
Penampilan	Gas nirwarna
Asam konjugat	Boronium
Termokimia
Entropi molar standar (S^o)	187,88 kJ mol^−1 K^−1
Entalpi pembentukan standar (ΔfH^o)	106,69 kJ mol^−1
Struktur
Grup titik	D3h
Bentuk molekul	trigonal planar
Momen dipol	0 D
Senyawa terkait
Senyawa terkait	diborana
Kecuali dinyatakan lain, data di atas berlaku pada suhu dan tekanan standar (25 °C [77 °F], 100 kPa).
Referensi

Boron trihidrida, yang juga dikenal sebagai borana saja atau borina, adalah sebuah molekul yang tak stabil dan sangat reaktif dengan rumus kimia BH₃. Pembuatan borana karbonil, BH₃(CO), memiliki peran penting dalam eksplorasi sifat kimia borana, karena menyiratkan kemungkinan keberadaan molekul boron trihidrida.[2] Namun, spesies molekul BH₃ adalah asam Lewis yang sangat kuat. Akibatnya, ia sangatlah reaktif dan hanya dapat teramati secara langsung sebagai produk sementara yang diproduksi secara terus menerus dalam sistem aliran atau dari reaksi atom boron yang diablasi laser dengan hidrogen.[3] Boron trihidrida biasanya terdimerisasi menjadi diborana bila tak ada bahan kimia lain.[4]

Sejarah

Pada tahun 1937, penemuan karboniltrihidridoboron, suatu hasil reaksi adisi boron trihidrida dengan karbon monoksida di antara hasil adisi borana lainnya, memainkan peran penting dalam eksplorasi kimia borana "normal" pada waktu itu ketika ikatan dua elektron tiga pusat belum diketahui.[2] Namun, penemuan ini juga menyiratkan adanya boron trihidrida, dan hal tersebut tidak sampai beberapa tahun kemudian bahwa bukti langsung teramati.

Sifat kimia

Preparasi molekul BH₃

Matriks produk atom boron yang diisolasi menggunakan ablasi laser dengan hidrogen membentuk BH₃ sebagai konstituen minor disertai diborana (B₂H6) dan kompleks BH(H₂).[3] Penelitian diborana fase gas telah mendeteksi monomer BH₃.

Struktur

Struktur BH₃ adalah trigonal planar (simetri molekul D_3h) dengan panjang ikatan B–H yang ditentukan secara eksperimental adalah 119 pm.[5] Ini sama dengan panjang ikatan B–H terminal dalam diborana(6). Perilaku dominan boron trihidrida adalah dimerisasinya untuk membentuk diborana, seperti ditunjukkan oleh entalpi reaksi, yang diperkirakan mendekati -40 kcal/mol.[6] Untuk reaksi eksoterm semacam ini, konsentrasi BH₃ dalam larutan menjadi tidak berarti.

${\displaystyle {\text{2 BH}}_{3}\longrightarrow {\text{B}}_{2}{\text{H}}_{6}}$

Keamfoteran

Meskipun boron trihidrida secara prinsip adalah asam Lewis, banyak hasil adisi 1:1 yang dibuat dari diborana melalui pertukaran ligan pada hasil adisi yang sudah ada.

${\displaystyle {\text{B}}_{2}{\text{H}}_{6}+{\text{2 L}}\longrightarrow {\text{2 LBH}}_{3}}$

Urutan kestabilan berikut yang diestimasi secara spektroskopis dan termokimia adalah:[7]

${\displaystyle {\text{PF}}_{3}<{\text{CO}}<{\text{Et}}_{2}{\text{O}}<{\text{Me}}_{2}{\text{O}}<{\text{C}}_{4}{\text{H}}_{8}{\text{O}}<{\text{C}}_{4}{\text{H}}_{8}{\text{S}}<{\text{Et}}_{2}{\text{S}}<{\text{Me}}_{2}{\text{S}}<{\text{Py}}<{\text{Me}}_{3}{\text{N}}<{\text{H}}^{-}}$

BH₃ mempunyai karakteristik asam lemah (donor belerang lebih stabil daripada donor oksigen).[7]

Gugus boril (-BH₂) dalam borana seperti boron trihidrida dapat mengasimilasi pusat hidrogen lainnya ke dalam molekul melalui ionisasi

${\displaystyle {\text{BH}}_{3}+{\text{H}}^{+}\longrightarrow {\text{BH}}_{2}{\text{(H}}_{2}{\text{)}}^{+}}$[8]

Oleh karena menangkap proton (H^+), boron trihidrida mempunyai karakter basa. Asam konjugatnya adalah (η-dihidrogen)dihidridoboron(1+) ([BH₂(η-H₂)]^+). Harus dicatat bahwa ini merupakan kompleks Kubas, [BH₂(η-H₂)]^+ yang dengan cepat terdekomposisi dan melepaskan dihidrogen. Boron trihidrida tidak membentuk larutan berair yang stabil karena mengalami hidrolisis.

${\displaystyle {\text{BH}}_{3}+{\text{3 H}}_{2}{\text{O}}\rightleftharpoons {\text{B(OH)}}_{3}+{\text{3 H}}_{2}}$[9]

Boron trihidrida sebagai intermediat reaktif

Satu contoh di mana molekul BH₃ diyakini sebagai senyawa antara suatu reaksi adalah dalam pirolisis diborana yang menghasilkan borana:[7]

${\displaystyle {\text{B}}_{2}{\text{H}}_{6}\rightleftharpoons {\text{2 BH}}_{3}}$

${\displaystyle {\text{BH}}_{3}+{\text{B}}_{2}{\text{H}}_{6}\longrightarrow {\text{B}}_{3}{\text{H}}_{7}+{\text{H}}_{2}}$ (tahap penentu laju reaksi)

${\displaystyle {\text{BH}}_{3}+{\text{B}}_{3}{\text{H}}_{7}\rightleftharpoons {\text{B}}_{4}{\text{H}}_{10}}$

${\displaystyle {\text{B}}_{2}{\text{H}}_{6}+{\text{B}}_{3}{\text{H}}_{7}\longrightarrow {\text{BH}}_{3}+{\text{B}}_{4}{\text{H}}_{10}}$

${\displaystyle \rightleftharpoons {\text{B}}_{5}{\text{H}}_{11}+{\text{H}}_{2}}$

Tahapan lebih lanjut menghasilkan borana yang lebih tinggi, dengan B₁₀H₁₄ sebagai produk akhir yang paling stabil disertai kontaminasi dengan material polimer, dan sedikit B₂₀H₂₆.

Contoh lain adalah reaksi hidroborasi, yang mana "diborana" ditambahkan ke dalam alkena. Dalam reaksi ini, baik disosiasi diborana membentuk BH₃ sebagai senyawa antara maupun pembukaan satu jembatan B–H–B akan menghasilkan satu atom boron yang kekurangan elektron.[10] Adisi ke alkena berlangsung cepat, kuantitatif dan dapat balik. Adisi ini bersifat anti-Markovnikov, yang mengatakan bahwa boron mengadisi atom C yang kurang tersubstitusi, serangan yang terjadi pada sisi molekul yang kurang terhalang.

Sifat kelarutan diborana

Diborana larut dalam dietil eter dan diglima dan berada sebagai dimer. Dalam tetrahidrofuran, THF, ia berada sebagai hasil adisi 1:1, THF•BH₃.[11] Larutan diborana dalam THF tersedia secara komersial sebagai suatu larutan kompleks DMS.[10] Gas borana, diborana(6), larut dalam senyawa polar seperti amina dan tetrahidrofuran. Sifat pelarutan diborana ini membuatnya banyak digunakan dalam laboratorium kimia, contohnya, sebagai pereaksi dalam pembuatan etilborana.

Borana tersedia secara komersial sebagai hasil adisi asam-basa Lewis dengan berbagai ligan, termasuk larutan borana dimetilsulfida, amonia borana (dan amina lainnya), serta borana tetrahidrofuran. Borana memiliki kelarutan dalam amonia cair sebesar 3,2 mol.L^−1, lebih dari itu ia akan mengendap sebagai amoniat. Setiap percobaan untuk mendeamoniat kristal produk secara termal, hanya mengakibatkan dekomposisi.

Keasaman

Gugus boril (-BH₂) dalam borana seperti boron trihidrida, dapat mengasimilasi pusat hidroksil ke dalam molekul dengan cara ionisasi, penggantian hidrida dengan suatu oksida adalah:

${\displaystyle {\text{BH}}_{3}{\text{L}}+{\text{OH}}^{-}\longrightarrow {\text{BH}}_{2}{\text{OL}}_{1-n}^{-}+{\text{H}}_{2}+n{\text{ L}}}$

Oleh karena tangkapan hidroksida (OH^−) ini, borana memiliki karakter asam Arrhenius. Boron trihidrida dapat menangkap tiga hidroksida. Produk hidroksilasinya adalah borinat (H₂BO^−), boronat (HBO2−2), dan borat (BO3−3). Boron trihidrida tidak membentuk larutan berair yang stabil karena mengalami hidrolisis

${\displaystyle {\text{BH}}_{3}{\text{L}}+3{\text{ H}}_{2}{\text{O}}\longrightarrow {\text{B(OH)}}_{3}{\text{L}}_{1-n}+3{\text{ H}}_{2}+n{\text{ L}}}$

Reaksi kimia

Pada perlakuan dengan basa standar, boron trihidrida berubah menjadi tetrahidroksiborat dan gas hidrogen. Dengan basa kuat, ia dapat mengalami deprotonasi menghasilkan BH−2. Reduksi boron trihidrida menghasilkan unsur boron. Oksidasi boron trihidrida menghasilkan boranatriol. Boron trihidrida yang tak tersolvasi berada dalam kesetimbangan dengan diborana(6), dan menjadi spesies yang dominan seiring dengan kenaikan temperatur. Akibat dari kesetimbangan ini, boron trihidrida dan diborana(6) sering dianggap ekuivalen secara kimia. Reaksi memerlukan boron trihidrida sebagai lawan dari diborana(6), dan harus dilakukan dalam larutan. Pelarut yang umum antara lain tetrahidrofuran dan dimetil sulfida.

Ketika diberi perlakuan dengan amonia, terbentuk kompleks antara amonia dan boron trihidrida, H•BH. Pemanasan kompleks ini akan menghasilkan borazina, (HBNH)₃, suatu senyawa anorganik.[12]

Sebagai spesies yang kekurangan elektron, boron trihidrida membentuk kompleks dengan basa Lewis. Kompleks yang penting adalah dengan THF dan dimetil sulfida, keduanya berupa cairan yang populer sebagai reduktor dalam kimia organik. Dalam kompleks 1:1 ini, diasumsikan boron membentuk geometri tetrahedral, yang terikat pada tiga hidrida dan basa Lewis (THF atau Me). Aduk THF biasanya dibuat sebagai larutan 1:5 dalam THF. Aduk ini sangat stabil jika disimpan dalam nitrogen pada suhu kamar.

Produksi

Terdapat dua metode untuk memproduksi boron trihidrida. Salah satu metode umum adalah reaksi pemecahan diborana dengan dimetil sulfida. Metode lain adalah oksidasi parsial garam boranuida dalam larutan boron trihidrida koordinasi seperti trimetilamina.

Penggunaan

Hasil adisi boron trihidrida banyak digunakan dalam sintesis organik untuk hidroborasi, di mana BH₃ ditambahkan pada ikatan C=C dalam alkena untuk menghasilkan trialkilborana:

${\displaystyle {\text{(THF)BH}}_{3}+3{\text{ CH}}_{2}{\text{=CHR}}\longrightarrow {\text{B(CH}}_{2}{\text{CH}}_{2}{\text{R)}}_{3}+{\text{THF}}}$

Reaksi ini adalah reaksi regioselektif, dan produk trialkil borana dapat diubah menjadi turunan senyawa organik yang bermanfaat. Dengan alkena dalam jumlah besar, dapat dibuat spesies seperti [HBR₂]₂, yang juga merupakan pereaksi yang berguna dalam aplikasi khusus. Borana dimetilsulfida lebih stabil daripada hasil adisi THF terhadap boron trihidrida.[13]

Lihat pula

• Senyawa gugus kupu-kupu

Referensi

1. "Borane". 
2. Burg, Anton B.; Schlesinger, H. I. (May 1937). "Hydrides of boron. VII. Evidence of the transitory existence of borine (BH₃): Borine carbonyl and borine trimethylammine". Journal of the American Chemical Society. 59 (5): 780–787. doi:10.1021/ja01284a002. 
3. Tague, Thomas J.; Andrews, Lester (1994). "Reactions of Pulsed-Laser Evaporated Boron Atoms with Hydrogen. Infrared Spectra of Boron Hydride Intermediate Species in Solid Argon". Journal of the American Chemical Society. 116 (11): 4970–4976. doi:10.1021/ja00090a048. ISSN 0002-7863. 
4. Carey, Francis A.; Sundberg, Richard J. (2007). Advanced Organic Chemistry: Part B: Reactions and Synthesis (edisi ke-5). New York: Springer. hlm. 337. ISBN 978-0387683546. 
5. Kawaguchi, Kentarou (1992). "Fourier transform infrared spectroscopy of the BH₃ ν₃ band". The Journal of Chemical Physics. 96 (5): 3411. doi:10.1063/1.461942. ISSN 0021-9606. 
6. Page, M.; Adams, G.F.; Binkley, J.S.; Melius, C.F. (1987), "Dimerization energy of borane", J. Phys. Chem., 91: 2675–2678, doi:10.1021/j100295a001 
7. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4 Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
8. Rasul, Golam; Prakash, Surya G. K.; Olah, George A. (18 Agustus 1999). "Complexes of CO₂, COS, and CS₂ with the Super Lewis Acid BH+4 Contrasted with Extremely Weak Complexations with BH₃: Theoretical Calculations and Experimental Relevance". Journal of the American Chemical Society. ACS Publications. 121 (32): 7401–7404. doi:10.1021/ja991171a. 
9. d'Ulivo, Alessandro (May 2010). "Mechanism of generation of volatile species by aqueous boranes: Towards the clarification of most controversial aspects". Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. Elsevier. 65 (5): 360–375. doi:10.1016/j.sab.2010.04.010. 
10. George A. Olah; Arpad Molner (2003), Hydrocarbon Chemistry (edisi ke-2nd), Wiley-Blackwell, ISBN 978-0471417828 
11. Brown, H. C.; Chandrasekharan, J.; Wang, K. K. (1983). "Hydroboration-kinetics and mechanism". Pure and Applied Chemistry. 55 (9): 1387–1414. doi:10.1351/pac198355091387. ISSN 0033-4545. 
12. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). "Chapter 13: The Group 13 Elements". Inorganic Chemistry (edisi ke-3). Pearson. hlm. 336. ISBN 978-0-13-175553-6. 
13. Kollonitisch, J. (1961), "Reductive Ring Cleavage of Tetrahydrofurans by Diborane", J. Am. Chem. Soc., 83: 1515, doi:10.1021/ja01467a056