Violations of the Octet Rule
Exception 2: Incomplete Octets
Octet Ruleの2番目の例外は、価電子が少なすぎて不完全な八重項になっている場合です。 さらに、オクテットルールが分子やイオンの最も正しい描写をしない場合もあります。 これは不完全なオクテットの場合にも当てはまります。 不完全なオクテットを持つ種はかなり稀で、一般的にはベリリウム、アルミニウム、ホウ素化合物（ホウ素の水素化物など）にのみ見受けられます。 そのような水素化物の1つである \(BH_3) (Borane) を見てみよう。
If one were making a Lewis structure for \(BH_3) following the basic strategies for drawing Lewis structures, one would probably come up with this structure (Figure 3):
この構造の問題は、ホウ素が不完全なオクテットを持っていることで、その周りには6個の電子しかないのです。 水素原子はもともと最外殻に2個の電子しか持っていないため、ホウ素と二重結合を形成するための予備の電子がないのである。 この構造では完全な八重項を形成できないので、この結合は共有結合ではなくイオン結合になるはずだと考える人がいるかもしれない。 しかし、ホウ素の電気陰性度は水素に非常に近いので、水素とホウ素の結合にイオンの性質はほとんどないと考えられます。したがって、このルイス構造はオクテット則は満たしていませんが、ルイス理論でBH3を表現するには最適な構造であると思われます。 BH3 の不完全八重項を説明するものの1つは、それが一般に過渡的な種であり、複数の段階を含む反応で一時的に形成されることです。
BF3 (Boron trifluorine) というホウ素を扱う別の不完全八重項状況を見てみます。 BH3 の場合と同様に、BF3 のルイス構造を最初に描くと、ホウ素の周囲に 6 個の電子しかない構造になります (図 4)。
図 4 を見ると、フッ素原子は追加の孤立対を持っているので、ホウ素との追加の結合に使用できることがわかって、孤立対 1 つだけ結合にすれば、正しい構造になると考えるかもしれません。 ホウ素とフッ素の間に二重結合を1つ追加すると、次のようなルイス構造（図5）になります：
それぞれのフッ素は8個の電子を持っていて、ホウ素原子も同様に8個です！
この構造は、BF3におけるホウ素とフッ素の結合の実験的決定による結合長が、単結合の場合の典型よりも短いという事実によって支持されている（結合次数と長さを参照）。 しかし、この構造は形式電荷の主要な規則のひとつに矛盾している。 負の形式電荷は結合の中でより電気陰性な原子にあるべきですが、図5の構造では、構造中で最も電気陰性であるだけでなく、周期表全体で最も電気陰性な元素であるフッ素に正の形式電荷が見られます（ \chi=4.0 ）。 一方、ホウ素は電気陰性度が2.0と非常に低く、この構造では負の形式電荷を持っています。
しかし、BH3とは対照的に、この大きな電気陰性度の差は、ホウ素とフッ素の間に大きな極性結合があることを示しており、この分子に高いイオン特性があることを意味している。 これは、図6に見られるような半イオン性構造の可能性を示唆している：
これらの三つの構造のどれもが、この例では「正しい」構造ではありません。 最も「正しい」構造は、不完全な八重項を持つ構造（図4）、二重結合を持つ構造（図5）、イオン結合を持つ構造（図6）の3つすべての共振である可能性が高いです。 最も貢献度の高い構造は、不完全八重項構造でしょう（図5は基本的に不可能であり、図6はBF3の挙動や性質と一致しないため）。 他の可能性がある場合でも、不完全な八重項構造が分子構造を最もよく表している場合があります。
余談ですが、BF3 はしばしば F- イオンと結合して、BF3 のままではなく BF4- を形成することに注目することが重要です。 この構造はホウ素の八重項を完成させるもので、自然界ではより一般的です。 これは、不完全なオクテットはまれであり、BF3の場合のように追加のイオンと結合するなど、他の構成が通常より有利であるという事実を例示しています。 \(BF_3)
三フッ化ホウ素(BF3)のルイス構造を描く。
解答
1. 電子を加える(3*7)+3=24
2. 接続性を描く：
3. 外側原子に8進数を加える：
4. 中央原子に余分の電子（24-24=0）を加える：
5. 中心電子は8重項を持つか:
- NO.
- 重結合（二重結合）を追加して、中心原子がオクテットになるかどうかを確認します：
6. これで中心のホウ素はオクテットになります（共鳴ルイス構造は3つ）
しかし…
- この重結合の構造はホウ素に追加の電子を分与しているのです。
- フッ素は「＋」の部分電荷を持ち、ホウ素は「-」の部分電荷を持つことになるが、これはフッ素とホウ素の電気陰性度と矛盾している。
- したがって、単結合で、中心のホウ素の周りに6個の価電子を持つBF3の構造が最も可能性が高い。
- BF3は、ホウ素との結合に使用できる非共有電子対を持つ化合物と強く反応する。
