Svar
En protoneret kulsyre (trihydroxymethylkation) $ \ ce {H3CO3 +} $ eksisterer, og er faktisk utrolig stabil i løsningerne på supersyrer [ 1 ] op til $ \ pu {0 ° C}. $ En måde at opnå $ \ ce {H3CO3 +} $ er at opløse uorganiske carbonater og hydrogencarbonater i magisk syre ved $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- eller HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
Hvad angår strukturen, er $ C_ \ mathrm {3h} $ -symmetrisk molekyle (triskelionsform, struktur 7 nedenfor) viste sig at være det globale minimum [ 2 ] (referencenumre opdateret):
Vi udførte også ab initio- og IGLO-beregninger […] på bicarbonat såvel som frie og mono- og diprotonerede kulsyre for at rationalisere de observerede eksperimentelle resultater. Oprindeligt blev de mulige geometrier optimeret på HF / 6-31G * niveau. De mest stabile isomerer blev efterfølgende bestemt ud fra relative energier på MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G * niveau. Endelig blev de laveste energistrukturer yderligere optimeret på MP2 / 6-31G * niveau. MP2 / 6-31G * optimerede strukturer blev brugt til at beregne $ \ ce {^ {13} C} $ NMR kemiske skift.
[… ]
Protoneret kulsyre . Den symmetriske $ C_ \ mathrm {3h} $ struktur 7 blev fundet at være det globale minimum. Denne struktur blev foreslået for de observerede arter i supersyreopløsning af Olah et al. [ 1 ] på basis af $ \ ce {^ 1H} $ og $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spektroskopi. Ionen ved $ \ pu {-80 ° C} $ viser enkelt skarpe toppe ved $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ og $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ i protonen og $ \ ce {^ {13} C} $ henholdsvis NMR-spektre.
Protonering af kulsyre på hydroxyloxygeatomet ( 8 ) viste sig at være ugunstig af $ \ pu {23.4 kcal / mol} $ over protonering på carbonyloxygenet ( 7 ). Frekvensberegning på HF / 6-31G * // HF / 6-31G * niveau viste, at strukturen 8 ikke er et minimum, da det indeholder to imaginære frekvenser.
$ \ ce {H3CO3 +} $ deler strukturelle ligheder med sin triaza-analog, guanidiniumionen, da begge har resonansstabilisering via deres oniumformer [3, s. 60].
Referencer
- Olah, G. A .; Hvid, A. M. Stabile carboniumioner. LXIV. Protoneret kulsyre (trihydroxycarboniumion) og protoneret alkyl (aryl) carbonater og hydrogencarbonater og deres spaltning til protoneret kulsyre og carboniumioner. Den mulige rolle af protoneret kulsyre i biologiske carboxyleringsprocesser. J. Er. Chem. Soc. 1968 , 90 (7), 1884–1889. https://doi.org/10.1021/ja01009a036 .
- Rasul, G .; Reddy, V. P .; Zdunek, L. Z .; Prakash, G. K. S .; Olah, G. A. Kemi i supersyrer. 12. Kulsyre og dens mono- og diprotonering: NMR, Ab Initio og IGLO-undersøgelse. J. Er. Chem. Soc. 1993 , 115 (6), 2236-2238. https://doi.org/10.1021/ja00059a020 .
- Dewar, MJS, Hafner, K., Heilbronner, E., Itô, S., Lehn, J.-M., Niedenzu, K., Rees, CW, Schäfer, K., Wittig, G., Boschke, F. L., Series Eds .; Emner i den aktuelle kemi ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Kommentarer
- Jeg tror, at OP ledte efter H3CO3 som i, uden nogen formel afgift, mens du har talt om H3CO3 +. Stadig opstemt til et stort stykke information dog
- @YusufHasan Sandt nok, dette er en strækning, men spørgsmålet indebærer en kation, ellers indpakker den faktisk en ' s hoved omkring retfærdiggørelsen for eksistensen af et neutralt molekyle som dette.
- @andselisk fantastisk svar, og det gav mig ny indsigt i uorganisk kemi
- Jeg kan ' t ser det op, så jeg ' kommenterer bare dette: niveauet af teori HF / 6-31G * // HF / 6-31G * giver ' ikke meget mening; det ville oversættes til en enkeltpunktsberegning på det samme teoretiske niveau som strukturoptimeringen. Der må være en forskel mellem den første og den sidste del, det kan være interessant at vide. På den anden side er dette niveau ikke det mest pålidelige til at begynde med …
- Det giver noget mere mening nu. Den måde, jeg læste det på, har de foretaget en screening på HF / 6-31G * -teorieniveauet og beregnet relative energier som enkeltpoint om MP2 / 6-31G *, der almindeligvis betegnes som MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. I udtrykket HF / 6-31G * // HF / 6-31G * henviser de sandsynligvis til frekvensberegningerne, hvilket betyder at de har gjort dem på samme niveau af teori (hvilket ikke er overraskende, men stadig ikke så almindeligt at skrive det på den måde). Under alle omstændigheder tak for opdateringen.
Svar
$ \ ce {H3CO3} $ findes ikke. Hvorfor skulle den eksistere? Hvor kommer denne formel fra? Selvfølgelig har du lov til at skrive den formel, du ønsker. Det er ikke forbudt at skrive $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ eller enhver anden kombination af C-, H- og O-atomer, som du måske tænker på. Bare for sjov ! Men naturen ignorerer din fantasi. Ingen har nogensinde været i stand til at fremstille disse stoffer. Så disse stoffer eksisterer ikke.
Den anden del af dit spørgsmål kan forklares ved, at $ \ ce {H2CO3} $ er ekstremt ustabil og nedbrydes altid stort set i $ \ ce {CO2} $ og $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ findes kun i meget fortyndet opløsning i vand og i ligevægt med $ \ ce {CO2} $ og $ \ ce {H2O} $ . Hvis du prøver at lave en reaktion med carbonylgruppen $ \ ce {H2CO3} $ , nedbrydes den først inden enhver anden reaktion. Den eneste undtagelse er dens reaktion med OH-ionen. Men både $ \ ce {H2CO3} $ og $ \ ce {CO2} $ kan reagere med NaOH, producerer den samme $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ ion. Så du kan ikke være sikker på arten af molekylet, der reagerer med NaOH. Det kan være $ \ ce {H2CO3} $ eller $ \ ce {CO2} $ .
Kommentarer
- Jeg blev altid lært, at $ \ ce {H2CO3} $ er meget stabil, bare ikke i protiske opløsningsmidler.
- Din svaret starter med udsagnet $ \ ce {H2CO3} $ findes ikke. Andet afsnit siger, at det eksisterer. Det var bedre at sige, at flertallet af $ \ ce {CO2} $ i vand er opløst (fysisk), og en lille del kun faktisk udgør $ \ ce {H2CO3} $. Og for denne lille del af « sand » $ \ ce {H2CO3} $, tror jeg surhedsgraden, der opleves i vand, er lav snarere end lille, at det er ubetydeligt og ubetydeligt.