Bor-Verbindungen
IMPP-Score: 0.1
Borverbindungen
Einleitung
Bor ist ein faszinierendes Element, da es einige einzigartige Eigenschaften und Verhaltensweisen aufweist, die es von anderen Elementen unterscheiden. An dieser Stelle werdet ihr konkret die Struktur, Reaktivität und Anwendungen von Borverbindungen kennenlernen, mit einem Schwerpunkt auf Boronsäuren und deren Ester.
Ein wichtiges Merkmal von Borverbindungen ist, dass Bor nur drei Valenzelektronen besitzt und somit eine Elektronenoktettlücke aufweist. Dies macht Bor zu einem elektrophilen und zugleich starken Lewis-Säuren-Zentrum. Deshalb kann Bor leicht mit Molekülen reagieren, die Elektronenpaare zur Verfügung stellen können, beispielsweise mit Alkoholaten oder Halogeniden.
Struktur und Stabilität von Boronsäuren und ihren Estern
Boronsäuren (\(B(OH)_3\) oder auch Trihydroxyborane) zeichnen sich durch ihre planare trigonale Struktur aus. In dieser Konformation ist Bor von drei Hydroxygruppen umgeben, die über Wasserstoffbrückenbindungen miteinander wechselwirken können. Diese Hydroxygruppen sind für die Säureeigenschaften der Boronsäuren verantwortlich und können esterifiziert werden, wodurch verschiedene Boronsäureester entstehen.
Die Ester von Boronsäuren sind oft viel stabiler als die freien Säuren selbst. Ihre Struktur wird durch Alkoxygruppen bestimmt, die die Hydroxygruppen ersetzen, und ermöglicht eine Vielzahl von Reaktionen, die mit den freien Säuren nicht möglich wären.
Die planare trigonale Struktur von Boronsäuren macht sie zu idealen Kandidaten für Reaktionen, bei denen die Räumlichkeit eine Rolle spielt, wie z.B. bei der Suzuki-Kupplung.
Reaktivität und Mechanismus der Suzuki-Kupplung
Die Suzuki-Kupplung ist eine sehr wichtige palladiumkatalysierte Kreuzkupplungsreaktion in der organischen Chemie. Sie erlaubt die Bindung von zwei verschiedenen Aryl- oder Vinylgruppen unter Bildung einer neuen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Boronsäuren spielen dabei eine zentrale Rolle als Reaktionspartner.
Was passiert konkret in der Suzuki-Kupplung? Zunächst ist die Aktivierung der Boronsäure durch eine Base erforderlich. Diese deprotoniert die Hydroxygruppen und bildet ein Borat, das wesentlich reaktiver ist. Das aktivierte Borat unterzieht sich dann einer Transmetallierung, wo der Bor-Rest auf ein Palladiumkatalysator-Zentrum übertragen wird.
Das IMPP fragt besonders gerne nach der genauen Rolle der Boronsäuren und dem Reaktionsverlauf der Suzuki-Kupplung.
Transmetallierung statt nucleophiler aromatischer Substitution (S_NAr)
Ein entscheidender Punkt, den ihr verstehen solltet, ist der, dass Boronsäuren zur Transmetallierung befähigt sind, aber keine nucleophile aromatische Substitution (S_NAr) eingehen. Wieso ist das so? Die Antwort liegt in der Elektronenstruktur des Boratoms. In einem S_NAr-Mechanismus würden wir einen nucleophilen Angriff auf ein aromatisches System erwarten, welches durch ein Boratom nicht begünstigt wird, da das Bor sich eher elektrophil verhält und daher mit Nucleophilen reagiert, anstatt selbst als Nukleophil zu fungieren.
Boronsäuren sind zur Transmetallierung prädestiniert, nicht aber für S_NAr-Reaktionen! Dies liegt an der Natur des Boratoms als Elektrophil.
Zusammenfassung
Feedback
Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️
Footnotes
Credits Diboran Grafik: Steffen 962, Diborane 02, CC0 1.0↩︎
