Co jsou to borany
Bor jako soused uhlíku v Periodické tabulce má s uhlíkem mnoho společného, ale i mnoho odlišného. Zatímco uhlík vytváří s vodíkem uhlovodíky, které jsou přírodního původu, sloučeniny boru s vodíkem (borovodíky, hydridy boru, borany)  jsou výlučně produkty lidského snažení. První syntézy boranů prováděl v roce 1912 německý chemik A. Stock. Se svojí skupinou vytvořili mnoho sloučenin, které se staly stavebním kamenem nové a rozsáhlé oblasti chemie. Základní borany jsou na vzduchu samozápalné, proto mohl jejich výzkum začít až v minulém století, kdy již existovaly techniky k udržení částečného vakua v laboratoři.

Architektura boranů
Odlišnost uhlovodíků a borovodíků spočívá v jejich architekturách; uhlík společně s vodíkem vytvářejí nejen dlouhé, často i rozvětvené, řetězce, ale i cyklické útvary. Všechny tyto strukturní prototypy jsou však výhradně dvojrozměrné povahy. Borany naopak vytvářejí trojrozměrná strukturní uspořádání, která mají tvar tzv. Platónových těles, z nichž je neznámější tzv. ikosaedr (dvacetistěn). Dvanáct vrcholů ikosaedru může být obsazeno jednak borem, ale v některých vrcholech mohou být atomy boru nahrazeny atomy jiných prvků. A to jak atomy prvků hlavních skupin (pak mluvíme o heterboranech), jakož i atomy přechodných kovů (pak mluvíme o metalaboranech). Toto platí i pro další architektonická uspořádání. Nejznámější skupinou jsou tzv. karborany, které jsou v chemickém světě známé od šedesátých let minulého století. Pro charakterizaci všech těchto strukturních představitelů se používají nejvíce spektra nukleární magnetické rezonance, difrakce rentgenových paprsků, ale i difrakce elektronů. Těmto experimentálním technikám konkurují kvantově-chemické výpočty ab initio, jakož i metody DFT (density functional theory).

Molekula boranu B18H22.

Dvě Nobelovy ceny za boranovou chemii
Vyřešení ojedinělých struktur boranů na základě rentgenové a elektronové difrakce vedla Williama Lipscomba k formulování teorie vícecentických vazeb, za což mu byla v roce 1976 udělena Nobelova cenu. Během druhé světové války výrazně vzrostl zájem o studium boranů pro potenciál U(BH4)4 k obohacení izotopů uranu. V této době byly také borany zkoumány jako potenciální pevná i kapalná raketová paliva. Pozadu v této době nezůstávala ani organoborová chemie, za což byla udělena druhá „borová“ Nobelova cena, a sice v roce 1979 H. C. Brownovi.

Raketová paliva 
V dobách studené války byl borový výzkum zpočátku cílený na využití schopnosti kapalných boranů hořet, tj. využít je jako raketová paliva, neboť hoření uhlovodíků je dostatečné pouze k pohonu běžných „pozemních“ motorů. V tomto ohledu se nejvíce testoval pentaboran B5H9. Nakonec se však ukázalo, že ani spalovaní boranů není dostatečné pro cestu do vesmíru. Sloučeniny boru pak začaly, paradoxně,  nacházet mírová uplatnění. Taková uplatnění se opírají jednak o jejich strukturní jedinečnost a jednak o elektronovou distribuci v nich, která je často v rozporu s klasickým konceptem elektronegativity. Obě tyto skutečností vyplývají z existence tzv. vícecentrické vazby.

"<span
Michael Londesborough demonstruje hoření boranů na vědecké show. Foto: René Volfík

Vícecentrická vazba
Na rozdíl od klasické 2c-2e vazby, kde je centrum elektronové hustoty na spojnici mezi dvěma atomy, je u vícecentrické vazby (anglicky multicenter bonding)  centrum elektronové hustoty ve středu trojúhelníku, jehož vrcholy jsou tvořeny atomy.

Znázornění reálné elektronové hustoty v důsledku třístředové vazby jedno z karboranů získané na základě difrakce paprsků X při velkých úhlech rozptylu (ve spolupráci s univerzitou v Bielefeldu, SRN).

Důsledkem vícecentrické vazby je kladně nabitý heteroatom a to i v případě prvků, které mají vyšší  elektronegativitu než bor. Příkladem je kladně nabitá síra v thiaboranech či kladně nabitý uhlík v karboranech. Vodíky jsou naopak hydridické povahy, což je další rozdíl vůči uhlovodíkům, kde jsou vodíkové atomy nabité kladně. Vznikající tzv. σ-díry na heteroatomech jsou hybnou silou tvorby krystalů, což má důsledky v krystalovém inženýrství a při tvorbě nekovalentních interakcí, jakou je i nepravá vodíková vazba.

Chalkogenová, pniktogenová a halogenová vazba vzniklá v důsledku σ-děr na síře (žlutá), fosforu (oranžová) a brómu (tmavočervená), která determinuje interakcí s dvojrozměrnými aromáty krystalové uspořádání v krystalech thiaboranů, fosfaboranů s chlorovými atomy místo vodíků a bromovaných karboranů (B: zelená, C: černá, Cl: růžová).

 

Interakce s biomolekulami
Nepravá vodíková vazba je zodpovědná za interakci boranů a heteroboranů s biomolekulami. Tak např. podobnost ikosahedrálních metallaboranů s prostorovým uspořádáním kapsid některých virů vede ke schopnosti těchto borových klastrů dané viry inhibovat, což se např. děje v případě HIV-proteázy. Jinými slovy, jedná se o využití elektronového obalu těchto sloučenin. Další využití borových klastrů v lékařství, resp. virologii je v současné době předmětem dalšího výzkumu, hledají se stále vhodnější borany a heteroborany

Léčba rakoviny
Ale ani atomová jádra nezůstávají ve svém lékařském využití pozadu; isotop 10B, kterého je v přírodě 20 %, se používá v tzv. borové neutronové záchytové terapii (BNCT), isotop 11B nachází postupné uplatňování v tzv. protonové borové záchytové terapii (PBCT). Obě tyto metody mají společného jmenovatele: emise α záření v místě výskytu nádoru bez poškození okolní zdravé tkáně. BNCT se opírá o reakci isotopu 10B s pomalými neutrony, při které se uvolňují částice α. Tyto částice se uvolňují i v průběhu PBCT, a sice reakcí isotopu 11B s protony.

Využití v materiálové chemii
Borany a heteroborany nacházejí uplatnění i v materiálové chemii. Některé z nenabitých borovodíků (B10H14, B18H22) se používají při dopování polovodičů na uskutečnění tzv. vodivosti typu P. Boranové klece jsou účinné také při tvorbě tekutých krystalů, aminoborany představují tzv. hydrogen storage. Tzv. makropolyhedrální borany začínají nacházet využití ve fotochemii, první boranový laser je toho důkazem.

Další využití borových klastrů v lékařství, resp. virologii je v současné době předmětem dalšího výzkumu, hledají se stále vhodnější borany a heteroborany.