三角両錐分子構造

三角両錐分子構造
例	PF5、 Fe(CO ) 5
点群	3時間
コーディネート番号	5
結合角	90°、120°
μ（極性）	0

化学において、三角両錐体構造は、中心に1つの原子があり、三角形の両錐体の角にさらに5つの原子がある分子構造である。^[1]これは、中心原子を囲む結合角が同一ではない構造の1つである（五角両錐体も参照）。これは、5つの末端原子が同等の位置にある幾何学的配置が存在しないからである。この分子構造の例としては、五フッ化リン（PF ₅）や気相中の五塩化リン（PCl ₅ ^{）などがある。 [2]}

中心原子に結合している 5 つの原子はすべて同等ではなく、2 つの異なるタイプの位置が定義されています。たとえば、五塩化リンの場合、リン原子は、赤道位置で互いに 120° の角度で配置された 3 つの塩素原子と平面を共有し、さらに平面の上下 (軸位置または頂点位置) に 2 つの塩素原子が配置されます。

分子構造のVSEPR 理論によれば、軸位置はより混雑しています。軸原子は 90° の結合角で隣接するエクアトリアル原子 (同じ中心原子上) が 3 つあるのに対し、エクアトリアル原子は 90° の結合角で隣接する軸原子が 2 つしかないためです。5 つの同一の配位子を持つ分子の場合、配位子原子が中心原子にそれほど近づくことができないため、軸結合長が長くなる傾向があります。例として、PF ₅では軸 P−F 結合長は 158  pm 、エクアトリアルは 152 pm であり、PCl ₅では軸とエクアトリアルはそれぞれ 214 pm と 202 pm です。^[2]

混合ハロゲン化物PF ₃ Cl ₂では、塩素がエクアトリアル位の2つを占めており^[2]、フッ素のアピコフィリシティ、つまりアキシャル位を占める傾向が大きいことを示しています。一般的に配位子のアピコフィリシティは、Cl < F < CNの順で電気陰性度とπ電子吸引能力とともに増加します^[3] 。両方の要因により中心原子付近の結合領域の電子密度が低下するため、アキシャル位の混雑はそれほど重要ではなくなります。

VSEPR 理論では、中心原子の配位子が孤立電子対に置換されても、電子配置の一般的な形式は変化せず、孤立電子対が 1 つの位置を占めるだけになることも予測されています。結合電子対と孤立電子対の両方を含む 5 つの価電子対を持つ分子の場合、電子対は依然として三角双錐に配置されますが、1 つ以上の赤道位置が配位子原子に結合していないため、分子構造 (核のみ) が異なります。

シーソー型分子構造は四フッ化硫黄（SF ₄ ）に見られ、中心の硫黄原子の周囲に4つのフッ素原子が2つのアキシャル位と2つのエクアトリアル位を占め、エクアトリアル孤立電子対が1つあり、AXE表記法ではAX ₄ E分子に相当します。T字型分子構造は三フッ化塩素（ClF ₃ ）に見られ、AX ₃ E ₂分子ではフッ素原子が2つのアキシャル位と1つのエクアトリアル位にあり、エクアトリアル孤立電子対が2つあります。最後に、三ヨウ化物イオン（I⁻
₃) も三角両錐体に基づいていますが、実際の分子構造は直線状で、末端のヨウ素原子は 2 つの軸方向位置のみにあり、 3 つの赤道位置は孤立電子対 (AX ₂ E _{3 ) によって占められています。この構造の別の例として、}二フッ化キセノン( XeF _{2 )}が挙げられます。

三角両錐構造を持つ異性体は、ベリー擬似回転と呼ばれるプロセスを通じて相互変換することができます。擬似回転は、コンフォメーション ジアステレオマーの動きと概念的に似ていますが、完全な回転は完了しません。擬似回転のプロセスでは、2 つの赤道配位子 (どちらも 3 つ目の配位子よりも結合長が短い) が分子の軸に向かって「シフト」し、同時に軸配位子が赤道に向かって「シフト」して、一定の周期的な動きを生み出します。擬似回転は、五フッ化リン(PF ₅ ) などの単純な分子で特に顕著です。

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