Wade-Regel


Wade-Regel

Die Wade-Regel – ein Begriff aus der Chemie – wurde 1971 von Kenneth Wade, Robert E. Williams und R. W. Rudolph gefunden. Mit ihr lässt sich leicht die Struktur einer Boranverbindung aus ihrer Summenformel erkennen. Die Geometrie des Gerüsts von Boranen, Boran-Anionen und Carbaboranen ist durch das Verhältnis der Anzahl der Gerüstelektronen zur Anzahl der Gerüstatome n bestimmt.

Gerüstelektronen Gerüstelektronenpaare Struktur
2n n hypercloso / präcloso
2n + 2 n + 1 closo
2n + 4 n + 2 nido
2n + 6 n + 3 arachno
2n + 8 n + 4 hypho
2n + 10 n + 5 clado
  • closo lateinisch clausus, geschlossen
  • nido lateinisch nidus, Nest
  • arachno griechisch arachnion, Spinnennetz

Dabei sitzen die Bor-Atome eines closo-Boran auf den Ecken eines Polyeders, das nur von Dreiecksflächen begrenzt wird (Deltaeder). Typische bekannte Deltaeder sind zum Beispiel die trigonale Bipyramide (5-Ecken), das Oktaeder (6 Ecken) und das Ikosaeder (12 Ecken). Die Wasserstoffatome des Borans sind kovalent an das jeweilige Boratom gebunden und zeigen radial nach außen weg. closo-Borane kennt man aber bislang nur in Form von Dianionen (zweifach negativ geladene Moleküle). Als Beispiel sei der stabilste Vertreter, das closo-Dodekaboranat B12H122-, genannt. Die Strukturen von arachno, nido- und hypho-Boranen ergeben sich aus den Strukturen der closo-Borane, in dem eine, zwei bzw. drei benachbarte Ecken des closo-Polyeders nicht mit Bor-Atomen besetzt werden. Die entstehenden Körper besitzen also zunehmend offenere Strukturen. Die Wasserstoffatome dieser Borane besetzen einerseits wieder alle radial außen liegenden Positionen an den Boratomen und zusätzliche Plätze an den geöffneten Teilen der Polyeder.

Beispiel

Das Pentaboran B5H9 ist nach den Wade-Regeln ein nido-Boran. Im Vergleich zum geschlossenen closo-Körper fehlt ihm eine Ecke. Seine Struktur leitet sich demnach von einem closo-Körper ab, der um eine Ecke reicher ist, das heißt von einem Oktaeder. Dabei geht eine Ecke des Oktaeders verloren – man erhält eine tetragonale (vierseitige) Pyramide. 5 H-Atome sitzen an den Ecken dieser Pyramide und zeigen radial nach außen weg, während die verbleibenden 4-H-Atome in die offene Vierecksseite weisen.

hypercloso-Verbindungen findet man bei den einfachen Hydrido-Boranen nicht. Man erwartet für sie ein ähnliches Gerüst wie für closo-Verbindungen. Allerdings sind die theoretischen Arbeiten hierzu nicht abgeschlossen. Beispiele hierfür sind halogensubstituierte Borane wie B6Cl6.

Bestimmung der Anzahl der Gerüstelektronen

Anzahl der Gerüstelektronen = Summe der Valenzelektronen der (Bor-)Gerüstatome
+ Valenzelektronen der H-Atome
+ Anzahl der Elektronenladungen
- zwei Elektronen pro Hauptgruppen-Gerüstatom bzw. zwölf pro Nebengruppen-Gerüstatom.

Beispiel

B5H11

n = 5 (5 Gerüstatome)

Gerüstelektronen = 3×5 Elektronen der 5 Boratome
+ 11 je ein Elektron der H-Bindung
+ 0
- 2×5 Elektronen der exo-H-Bindung
= 16

Bei 16 Gerüstelektronen ergibt sich für 5 Boratome somit 2n + 6 = 16. Daraus folgt die arachno-Struktur.

Alternative (bei ungeladenen Boranen)

Summenformel Struktur
BnHn hypercloso
BnHn+2 closo
BnHn+4 nido
BnHn+6 arachno
BnHn+8 hypho