08/05/2013

1

BORO•Garcia Moreno Dirce

•Rocha del Castillo Erika

•Vázquez Salazar Luis Itza

GRUPO 13

08/05/2013

2

GRUPO 13

� Las propiedades de los elementos son diferentes � Boro único elemento no metal

� Al es un metal pero presenta similitudes químicas con boro

� Demás elementos comportamiento de Metales

� El B forma un gran numero de clúster deficientes de electrones. Que no forman los otros elemento

El bromo es el segundo elemento de la familia con mayor abundancia en la corteza terrestre

08/05/2013

3

UN POCO DE HISTORIA...

� 1808 es que se “descubre” el boro elemental en porciones muy impuras por Joseph Louis Gay-Lussac y Louis-Jacques Thénard en Paris, Francia; pero también es aceptada la simultaneidad del descubrimiento con Sir Humphrey Davy en Londres durante el mismo año

� En 1892 que H. Moissan lo obtuvo con una pureza de 95-98%.

� El nombre boro parece tener un origen incierto por su parte Davy le asigna ese nombre (boron en inglés) para indicar el origen del elemento y su similitud al carbono otras teorías mencionan que proviene del persa burha y del árabe buraq

� Su uso se extiende desde las civilizaciones antiguas como la egipcia, la romana y la china.

� En China es usada, desde tiempos ancestrales, para darle color verde a algunos fuegos artificiales

08/05/2013

4

EXTRACCIÓN

� Se lleva a cabo a partir de obtener el acido borico a partir de borax para después oxidarlo

� Aunque para boro de baja pureza lo obtenemos a partir de reducción de oxido con magnesio y lavándolo con alcali, acido clorhídrico y acido fluorhídrico

� El boro puro se prepara con la reducción en fase vapor de BBr3 con H2 o por pirolisis de B2H6 o BI3

ESTRUCTURA

� Primer alotrópico del que se tuvieron datos tenia la forma a-tetragonal

� El estado estándar tiene una estructura de α-

romboédrico conteniendo unidades de B12 icosaedro

� El enlace B-B es esencialmente covalente

� Dentro de las unidades de B12 se encuentran deslocalizado

el enlace

� En las conectividades de los Bromos excede

numero de electrones de valencia

Puede formar una red infinita

08/05/2013

5

CARACTERÍSTICAS

� Impuro es de color marrón en forma de polvo

� Puro forma cristales brillantes de color gris plateado

� Tiene un elevado punto de fusión

� Baja conductividad eléctrica

08/05/2013

6

REACTIVIDAD

� El boro es inerte en condiciones normales excepto para ataques de F2.

� A temperaturas elevadas puede reaccionar con la mayoría de los no metales y con NH3

� Mientras que los otros elementos de su grupo tienden a reaccionar fácilmente

HALUROS

08/05/2013

7

HALUROS

� Condiciones ordinarias monoméricos

� Poseen estructuras trigonal plana

� Volátiles

� El BF3 gas incoloro (p.e 172k)

� BCl3 y BBr3 líquidos incoloros(pf. 166 y 227 k)

� BI3 solido blanco (pf 316)

� Según expertos de rayos X BCL3 y BI3 en estado solido moléculas discretas trigonal plana

� BCl3, BBr3 y BI3 se descomponen en agua y reaccionan con compuestos inorgánicos u orgánicos que tienen protones libres para formas ácidos del respectivo alógeno

� Enlaces B-X tiene una parte carácter π

� Forma aductos con BF3 o BCl3 y NH3

� Forma haluros de tipo X2B-BX2

� Son oligogeometricos� Sólidos no volátiles� Elevados puntos de fusión� Estructuras de red infinita� Solo a temperaturas

elevadas tiene lugar a la disociación monomerica

� Forma tetraédrica� Los compuestos con Tl son

isomorfos � Los compuestos se

obtienen de combinar directamente M con X (M= Al, Ga o In; X: Cl Br I)

� Son volátiles

Trialogenuros de bromo Haluros demas elementod

del grupo 13

Trialogenuros de bromo Haluros demas elementod

del grupo 13

08/05/2013

8

FORMACIÓN DE ADUCTOS HAOLOGENADOS

� Orden de estabilidad de aductos L.BF3<L.BCl3<L.BBr3

� Secuencia opuesta a la electronegatividad

� Lo atribuyen a la contribución del enlace B-X y la reorganización de esta energía de alargamiento de enlace se ve desfavorecida para el L.BF3

� Formación de aducto� Reacomodo del B trigonal

plano- piramidal (Endotermica9� Formación de enlace

coordinado L→B (Exotérmica)

BORACINA

08/05/2013

9

� El compuesto fue observado por primera vez por Alfred Stock en 1926.

� Fue importante su descubrimiento ya que fue de los primeros en trabajar con vacio y con compuestos sensibles al aire.

� Logro la síntesis a partir de diborano y amoniaco

3B2H6 + 6NH3 �3[BH2(NH3)2][BH4]

Aplicando calor:

3[BH2(NH3)2][BH4]�2B3N3H6 + 12H2

SÍNTESIS DE LA BORACINA

� Actualmente existen métodos mas efectivos para la síntesis del compuesto como son:

1. NH4Cl +BCl3 �Cl3B3N3H3

En presencia de NaBH4

Cl3B3N3H3 �B3N3H6

2. NH4Cl+ NaBH4 � B3N3H6 + H2 +NaCl

3. [RNH3 ]Cl+ BCl3 � Cl3B3N3H3

En presencia de NaBH4 :Cl3B3N3H3 �B3N3H6

4. O una vez formado un anillo con ClCl3B3N3R3 + 3LiR’� R3’B3N3R3 + 3LiCl

SÍNTESIS DE BORACINA

08/05/2013

10

� Otras formas reportadas en la literatura(Wideman & Sneddon, 1995):

1. A una temperatura de 140-160°C por 3-4 hrs en un medio de tetraglyme:

3H3N*BH3� B3N3H6 + 6H2

2. Bajo las mismas condiciones:

(NH4)2SO4+ 6 NaBH4 � 2 B3N3H6 + 3Na2SO4 + 18H2

SÍNTESIS DE BORACINA

� Los compuestos aromáticos son aquellos que:� 1. Estructura cíclica, contiendo enlaces π

conjugados� 2. Cada átomo del anillo tiene un orbital p no

hibridado(los átomos del anillo generalmente tienen hibridación sp2, ocasionalmente sp)

� 3. Los orbitales p no hibridados se solapan para formar un anillo continuo de orbitales paralelos. En la mayoría de los caso, la estructura ha de ser plana(o casi plana) para que se produzca un solapamiento efectivo.

� 4. La deslocalización de los electrones pi en el anillo debe disminuir la energía electrónica.

COMPUESTOS AROMÁTICOS

08/05/2013

11

� Nos indica que un compuesto aromático debe de cumplir con que:

� Donde N es un numero entero correspondiente a los electrones pi o dobles enlaces.

REGLA DE HÜCKEL

4N+2

� Es el equivalente inorgánico del benceno ya que el enlace N-B es isoelectronico del enlace C=C.

� De la misma forma que el benceno cumple la regla de Hückel la Boracina la cumple:

BORACINA

08/05/2013

12

� Comparte muchas características con el benceno.

� Las distancias de enlace entre B-N son de 144 pm. Idénticas al enlace C-C en benceno.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

� Tiene un punto de fusión de 215 K(-58.15°C)

� A comparación del benceno que tiene un punto de fusión de 278.15 K(5.5°C)

� Tiene un punto de ebullición de 328 K(54.85°C)

� El correspondiente del benceno es de 353.15 K(80.1°C)

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

08/05/2013

13

� A diferencia del benceno que es un compuesto totalmente sin carga. En la boracina existen cargas parciales.

� Esto es debido a la diferencia de electronegatividad entre el B(χ=2) y el N(χ=3).

� Esto nos indica la existencia de un enlace covalente polar por lo que la densidad de carga sobre el nitrógeno aumenta.

� Los pares libres del nitrógeno se encuentran deslocalizadosparcialmente pero no totalmente.

� Existe enlace π entre los orbitales 2pz llenos del nitrógeno y los orbitales 2pz vacios del mismo

RESONANCIA EN BORACINA

RESONANCIA EN BORACINA

08/05/2013

14

� La existencia de cargas parciales en la boracinahacen que esta sea mas reactiva que su contraparte orgánica el benceno

� Por lo tanto reacciona con agentes con lo que el benceno es totalmente inerte.

� Un ejemplo seria la adición de HCl al anillo a T. ambiente.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

08/05/2013

15

REACCIÓN CON HCL

� En esta reacción el boro se comporta como electrófilo al atraer la carga de nucleótido Cl

� Mientras que el electrófilo H+, es atraído por el nucleótido N.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

08/05/2013

16

� Otro ejemplo importante es la adición de bromo a la boracina:

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

APLICACIONES DE LOS COMPUESTOS

DE BORO

08/05/2013

17

� Los clousters poseen características muy valiosas para aplicaciones medicas y farmacéuticas como lo son: Baja reactividad química, resistencia a su descomposición en sistemas biológicos y que son relativamente no toxicos.

APLICACIONES EN MEDICINA

� Otra importante cualidad es la capacidad para absorber neutrones de 10B (20% en la naturaleza)

� En 1935 se encontró la siguiente reacción:10B+ 1n � 4He + 7Li + 2.31MeV(94%) + 2.79MeV(6%)

+γ0.48MeV

� Y en 1936 el medico G.L. Locher observo que si la reacción era realizada en un tejido la energía producida puede destruir a la célula inmediata pero no a sus vecinas.

APLICACIONES EN MEDICINA

08/05/2013

18

� Esto se le conoce como “Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)”

� Es una alternativa no invasiva para el tratamiento de canceres inoperables

� Consiste en agregar el 10B al tumor en concentraciones suficientes e irradiarlo con neutrones.

� Al principio se desecho la terapia debido a la toxicidad del Boro (ácido borico)

APLICACIONES EN MEDICINA

� Con el descubrimiento de los boranos y los carboranos la terapia volvió a cobrar interés.

� El medico japonés H.D. Hatanaka ha tratado tumores cerebrales humanos con relativo éxito usando B12H11SH2-

� Actualmente se usa en tratamientos clínicos en EUA, Países Bajos y otros países

� Para el éxito de la terapia se requieren concentraciones 10B en el orden de 20-35µg

APLICACIONES EN MEDICINA

08/05/2013

19

� También se están desarrollando tratamientos para la artritis reumatoide en un procedimiento conocido como “Boron Neutron Capture Synvectomy” (BNCS)

� También son el foco de investigaciones intensivas en el desarrollo de fármacos en muchos laboratorios.

� Metalcarboranos se ha mostrado que tienen una importante actividad ante cáncer en ciertos casos de cáncer de mama

APLICACIONES EN MEDICINA

� En el estudio de “Nonlinear Optics materials” se ha hablado de la importancia de los compuestos de boro.

� Un NLO es un material capaz de convertir un pulso electromagnético aplicado en un nuevo campo con propiedades alteradas como la frecuencia y el pulso.

� Estos materiales han incrementado su importancia con el desarrollo de las tecnologías de almacenamiento de datos, comunicaciones, etc.

APLICACIONES EN ÓPTICA NO LINEAL

08/05/2013

20

� En la búsqueda de nuevos materiales de este tipo se tiene un criterio básico conocido como hiperpolarización β que seria una medido de la respuesta del NLO.

� Por lo que lo que se a centrado su atención en moléculas orgánicas que combinan grupos electro-donadores y grupos retrodonadores (Push-Pull) que tienen una polaridad extremadamente grande.

APLICACIONES EN ÓPTICA NO LINEAL

� Estudios de síntesis y teóricos han demostrado que la adicción de grupos poliedrales de borano electron-withdrawing incrementan sustancialmente la polaridad.

� Los compuestos de Boro mas estudiados son: B10H10

2- , B12H122-, CB11H12

- y C2B10H12

APLICACIONES EN ÓPTICA NO LINEAL

08/05/2013

21

� Los compuestos de boro son utilizados en la catálisis de la hidrogenación, hidroformilación y hidrosilación de alquenos y alquinos

� También para el control de la polimerización radical de estireno y de n-butil acrilato además de la formación de copolimeros no boranicos de estireno

APLICACIONES EN CATÁLISIS

08/05/2013

22

APLICACIONES EN CRISTALES LÍQUIDOS

� En la actualidad las aplicaciones de los cristales líquidos son bastante y están relacionadas con la estructura de las moléculas que lo componen.

� En ese sentido las moléculas de boro son especialmente atractivas debido a su resistencia térmica, su enlace deslocalizado y su fácil síntesis

08/05/2013

23

BORANOS O HIDRUROS DE BORO

� Compuestos con boro e hidrógeno.

� Poseen una gran diversidad de estructuras

� Contienen enlaces 3c - 2e� Deficientes de electrones� Más reactivos frente al aire, el

agua, los ácidos y bases que los hidrocarburos.

� Su reactividad desciende al aumentar el peso molecular.

Enlace 3c - 2e

Tipos de enlaces 3 centros en boranos

En el enlace central esta conformado por orbitales híbridos de los átomos de B.En el abierto hay dos orbitales híbridos y uno p, todos de los boros comprometidos en a reacción.En el enlace del puente de B-H-B se trata de dos orbitales híbridos del boro y uno s del hidrógeno.

08/05/2013

24

Enlace 3c – 2 e

Buen agente reductor.

No muestran tendencia a aceptar electrones.

Los hidrógenos que forman puentes están un poco más separados al boro y presentan un ángulo de enlace más pequeño.

Reacciona violentamente al entrar en contacto con el aire.

DIB

OR

AN

OB

2H6

Tipo De Rupturas

simétrica

� Si es base de Lewis voluminosa

Asimétrica

� Bases de Lewis duras y pequeñas. ( amoniaco e iones hidroxilo).

08/05/2013

25

Reacciones De Los Boranos

����� �2� → �� ���� ��������

�

5������ → ��� �� �

��3�������8�

ICOSAEDRO ��� �� � �

� 20 caras regulares

� Todos lo átomos de hidrógeno son externos y se encuentran unidos por enlaces terminales B-H

� Posee varias formas resonantes

� Hay intervenciones de enlace 2c-2e y 3c-2e

08/05/2013

26

CAJAS DE BORO

� Son fragmentos de un icosaedro de B12 en el cual se utilizan átomos de H para zurcir las valencias libres entorno al arista libre.

� Forma ���� � donde 6 ≤ n ≤ 12

ESTRUCTURAS MOLECULARES

Closo (cerrado)

� Si todos los vértices del deltaedro se encuentran ocupados como en la serie ����

�

� Enlace exo B-H

Nido

� Si se elimina un átomo de boro de un vértice de una estructura closo, se tiene una en forma de copa.

� Fórmula electrónica 2n+4

� Los hidrógenos adicionales forman puentes entre las aristas

U1

Diapositiva 52

U1 exo b-h fuera del centro del cumuloUsuario, 24/04/2013

08/05/2013

27

e e

Aracno (telaraña)

� Si se eliminan dos átomos de boro de dos vértices.

� Obedecen la fórmula electrónica 2n+6.

� Enlaces endo B-H

Hipo

� Fórmula electrónica 2n+8

� No hay boranos que se adapten.

� Sólo algunos derivados

U2

CARBORANOS

� Compuestos con la siguiente fórmula :��� ���

� Esqueletos boro-carbono son poliedros triangulados altamente simétricos.

Diapositiva 53

U2 cercano a la estructuraUsuario, 24/04/2013

08/05/2013

28

� Se conocen en estructuras closo, nido y aracno.

� Algunos carboranos proporcionan transformaciones en su estructura según sea el medio donde se encuentra.

� Por ejemplo:

Reacciones

08/05/2013

29

METALOCARBORANOS

� Parten de lo carboranos y ahora contienen metales de transición.

� Son isoestructurales si el número de electrones que aporta cada fragmento queda idéntico.

� Se forman por el ataque una base fuerte a un carborano provocando la salida de un átomo de boro:

�������� �� !� � �� !�

→ ���"���� ��� ���!� �#

� Los elementos metálicos de transición que logran sustituir los boros son: Fe, Co, Mn, Rh