环硼氮烷
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环硼氮烷（英语：Borazine）是一种非极性[2]的无机化合物，化学式为B3N3H6。该环状化合物的结构中有三个B-H单元和三个N-H单元交替出现。它是苯的等电子体，故有时被称为无机苯。与苯一样，环硼氮烷是一种具有芳香气味的无色液体。[3]
| 环硼氮烷 | |||
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| IUPAC名 1,3,5,2,4,6-Triazatriborinane 1,3,5,2,4,6-三氮杂三硼烷（仅预选[1]） | |||
| 别名 | 环硼氮六烷 硼氮六环 无机苯 硼嗪 | ||
| 识别 | |||
| CAS号 | 6569-51-3 
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| PubChem | 138768 | ||
| ChemSpider | 122374 | ||
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | BGECDVWSWDRFSP-UHFFFAOYAU | ||
| ChEBI | 33119 | ||
| 性质 | |||
| 化学式 | B3H6N3 | ||
| 摩尔质量 | 80.50 g·mol⁻¹ | ||
| 外观 | 无色液体 | ||
| 密度 | 0.81 g/cm3 | ||
| 熔点 | −58 °C（215 K） | ||
| 沸点 | 53 °C（326 K） | ||
| 磁化率 | -49.6·10−6 cm3/mol | ||
| 危险性 | |||
| NFPA 704 |
 2
2
1
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| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |||
合成
在1926年，化学家Alfred Stock和Erich Pohland通过乙硼烷与氨的反应合成了环硼氮烷。[4]
环硼氮烷可以通过乙硼烷和氨按1:2比例在250-300°C下反应合成，转化率为50%。
- 3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3H6N3 + 12 H2
- 6 NaBH4 + 3 (NH4)2SO4 → 2 B3N3H6 + 3 Na2SO4 + 18 H2
在两步法中，三氯化硼先转化为三氯环硼氮烷：
- 3 BCl3 + 3 NH4Cl → B3Cl3H3N3 + 9 HCl
再使用硼氢化钠还原：
- 2 B3Cl3H3N3 + 6 NaBH4 → 2 B3H6N3 + 3 B2H6 + 6 NaCl
结构
环硼氮烷与苯为等电子体，具有相似的性质，因此有时也被称为无机苯。由于硼和氮之间的电负性差异，它们并不完全相同。X射线晶体学结构测定表明，环硼氮烷内的键长都等于1.429Å，与苯性质相同。[6]然而，环硼氮烷并没有形成完美的六边形。硼原子的键角为117.1°，氮原子的键角为122.9°，使分子具有D3h对称点群。
与氮的电负性（鲍林标度3.04）相比，硼的电负性（2.04）以及硼的缺乏电子和氮的孤对电子有利于环硼氮烷的内消旋体结构。
芳香性
由于环硼氮烷与苯的相似性，因此对其芳香性进行了许多计算和实验分析。环硼氮烷的π电子数遵从4n+2规则，B-N键长相等，表明其可能是芳香族化合物。然而硼和氮之间的电负性差异导致电荷共享不均，从而导致键具有更大的离子特性，因此预计其电子离域比全碳类似物差。环硼氮烷的标准生成焓变化量ΔHf为−531 kJ/mol，热稳定性非常好。
自然键轨道理论（NBO）分析表示环硼氮烷中的芳香性较弱。[7]在NBO模型中，环中的B-N键略微偏离原子核轴，B和N的电荷差异较大。核独立化学位移（NCS）分析提供了一些进一步的证据，证明基于B-N π键对磁屏蔽的贡献的芳香性。基于NBO轨道的计算表明，该 π 键允许产生微弱的环电流，在一定程度上抵消了环硼氮烷中心模拟的磁场。一个小的环电流确实表明存在一些离域现象。
电子局域函数（ELF）对环硼氮烷中的成键进行拓扑分析，表明环硼氮烷可以认为是芳香族化合物。然而，基于电子盆地的分叉值差异，环硼氮烷中的键合比苯的键合离域性更差。较大的分叉值表示电子离域性较好，有人认为当该分岔值大于0.70时，其离域性就足以指定化合物为芳香族化合物。[8]对于苯，该值为0.91，但环硼氮烷的π系统在ELF值为0.682时分叉。[9]这是由于B和N之间的电负性差异，产生键的相互作用力比苯中C-C的相互作用力弱，导致电子在B-H和N-H单元上的定域化增加。分叉值略低于0.70的极限值，表明其有中等的芳香性。
性质与用途
环硼氮烷很容易水解，生成硼酸、氨和氢气。
在70°C下加热环硼氮烷会放出氢气并形成聚环硼氮烷：
- n B3N3H6 → [B3N3H4]n
- B3N3H6 + 3 HCl → B3Cl3N3H9
- 环硼氮烷与氯化氢的加成反应
- B3Cl3N3H9 + NaBH4 → (BH4N)3
- 使用硼氢化钠还原
环硼氮烷也是其他潜在陶瓷的起始材料，例如碳氮化硼。环硼氮烷也可用作前体，在铜[10]、铂[11]、镍[12]、铁[13]等催化表面使用化学气相沉积法（CVD）生长六方氮化硼（h-BN）薄膜和单层。
参考资料
延伸阅读
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