ТРЕХЦЕНТРОВЫЕ СВЯЗИ

Содержание статьи

• Строение трехцентровых связей

ТРЕХЦЕНТРОВЫЕ СВЯЗИ – особый тип химических связей, при котором три атома (три центра) связаны двумя электронами.

У атома бора всего три валентных электрона, поэтому в молекуле простейшего гидрида бора BH₃ у атома бора не остается электронов для образования дополнительных связей. В результате долгое время было неясно, каким образом в бороводородах, например, в диборане В₂Н₆, напоминающем этан, или тетраборане В₄Н₁₀ – аналоге бутана, атомы бора соединены непосредственно друг с другом.

Классические представления, по которым пара электронов связывает два атома, в данном случае оказались неприменимы. В 1950-е было сформулировано понятие трехцентровых связей.

Строение трехцентровых связей

рассмотрено ниже на примере диборана В₂Н₆. Согласно современным представлениям, атомы бора в этом соединении непосредственно не связаны друг с другом. Они соединяются с помощью атомов водорода. На приведенном рисунке показано, как сферическая s-орбиталь водорода перекрывается одновременно двумя вытянутыми p-орбиталями двух атомов бора (орбиталь – область наиболее вероятного расположения электрона в пространстве, иначе говоря, электронное облако определенной формы). Образуется две таких связи (над и под мысленной плоскостью, в которой расположены фрагменты ВН₂).

Таким образом, в связь В-Н, лежащую над плоскостью и образованную традиционной парой электронов, вовлекается еще один атом бора (расположенный справа), который не поставляет электрон для образования связи. Он участвует своей четвертой, вакантной орбиталью, не занятой электроном. В результате, два атома бора и один атом водорода – три центра – оказываются связанными двумя электронами, возникает так называемая трехцентровая двухэлектронная связь.

Для изображения трехцентровых связей используют обычные символы валентных связей, при этом диборан В₂Н₆ представляют следующим образом:

Внешне водород выглядит как бы двухвалентным, что и указывает на присутствие трехцентровй связи. Атомы водорода, участвующие в такой связи, называют мостиковыми в отличие от обычных концевых Н-атомов.

Трехцентровые связи могут возникать не только в треугольнике из двух атомов бора и одного атома водорода, но и между тремя атомами бора:

Такой тип связей реализуется, например, в карборане.

В образовании трехцентровых связей могут участвовать также атомы углерода совместно с атомами бора, алюминия или бериллия. В показанных ниже триметилалюминии и диметилбериллии роль мостиковых групп исполняют метильные группы:

В результате триметилалюминий становится димером (Me₃Al)₂, а диметилбериллий приобретает цепочечную структуру. Общий принцип остается тем же – три атома (например, Al-C-Al) соединены с помощью двух электронов, по одному электрону поставляют два атома (Al и C), третий атом (Al) участвует вакантной орбиталью.

Михаил Левицкий