Введение

Класс химических соединений

Карбораны (или карбабораны) — это электронно-делокализованные (не имеющие классической связи) кластеры, состоящие из атомов бора, углерода и водорода. Подобно многим связанным с ними гидридам бора, эти кластеры представляют собой многогранники или фрагменты многогранников. Карбораны являются одним из классов гетероборанов. По охвату, карбораны могут содержать от 5 до 14 атомов в каркасе. Большинство из них содержит два атома углерода в каркасе. В некоторых случаях также известны соответствующие C-алкильные и B-алкильные аналоги.

Структура и сцепление

Карбораны и бораны принимают трехмерную клеточную (кластерную) геометрию, в резком контрасте с типичными органическими соединениями. Клетки совместимы с сигма-делокализованной связью, в то время как углеводороды обычно представляют собой цепи или кольца. Подобно другим электронно-делокализованным полиэдрическим кластерам, электронная структура этих кластерных соединений может быть описана правилами Уэйда-Мингоса. Как и связанные с ними гидриды бора, эти кластеры являются многогранниками или фрагментами многогранников и аналогично классифицируются как клазо, нидо, арахно, гифо, гиперклозо, изо, кладо, конъюнкто и мегало, в зависимости от того, представляют ли они собой полный (клазо) многогранник или многогранник, которому не хватает одной (нидо), двух (арахно), трех (гифо) или более вершин. Карбораны являются ярким примером гетероборанов. Суть этих правил заключается в подчеркивании делокализованной, многоцентровой связи для взаимодействий B–B, C–C и B–C. Структурно они могут рассматриваться как родственные икосаэдру (Ih) [B12H12](2–) посредством формальной замены двух его фрагментов BH– на CH.

Изомеры

Геометрические изомеры карборанов могут существовать из-за различного расположения атомов углерода внутри каркаса. Для обозначения изомеров необходимо использовать числовые префиксы в названии соединения. Клосо-дикарбадекаборан может существовать в трех изомерных формах: 1,2-, 1,7- и 1,12-C2B10H12.

Подготовка

Карбораны получают различными способами, наиболее распространенным из которых является присоединение алкинильных реагентов к кластерам гидридов бора с образованием дикарборанных карборанов. По этой причине подавляющее большинство карборанов содержит две углеродные вершины.

Моноуглеродные производные

Монокарбораны — это кластеры с клетками |B{n}C. Наиболее изучена производная с 12 вершинами, но известно и несколько других. Обычно их получают путем присоединения реагентов, содержащих один атом углерода, к кластерам гидридов бора. К таким реагентам относятся цианиды, изоцианиды и формальдегид. Например, монокарбододекаборат (|[CB11H12]−) получают из декаборана и формальдегида с последующим добавлением диметилсульфида бора. Монокарбораны служат предшественниками слабокоординирующих анионов.

Дикарбовые кластеры

Дикарбабораны можно получить из гидридов бора, используя алкины в качестве источника двух атомов углерода. Помимо упомянутой выше серии closo C₂BₙHₙ₊₂ дикарбонов, известно несколько дикарбоновых видов с открытой клеточной структурой, включая nido C₂B₃H₇ (изоструктурный и изоэлектронный с B₅H₉) и arachno C₂B₇H₁₃. В синтезе икосаэдрических производных дикарбодекаборана (R₂C₂B₁₀H₁₀) алкины используются в качестве источника R₂C₂, а декаборан (B₁₀H₁₄) – для получения B₁₀-фрагмента.

Классификация по размеру клетки

Следующая классификация адаптирована из книги Граймса о карборанах. 1,2- и 1,3-изомеры C2B9H13.

Исследования

Дикарболидные комплексы исследуются на протяжении многих лет, но коммерческое применение встречается редко. Бис(дикарболид) |[Co(C2B9H11)2]− использовался в качестве осадителя для удаления |¹³⁷Cs⁺ из радиоактивных отходов. Медицинские применения карборанов были изучены. C-функционализированные карбораны представляют собой источник бора для терапии захвата нейтронов бором. Соединение |H(CHB11Cl11) является сверхкислотой, образуя выделяемую соль с протонированным катионом бензола, |[C6H7]+ (катион бензения). Формула этой соли: |[C6H7]+[CHB11Cl11]−. Сверхкислота протонирует фуллерен, |C60.