Un ácido carbónico protonado (catión trihidroximetilo) $ \ ce {H3CO3 +} $ existe, y de hecho es increíblemente estable en las soluciones de superácidos [ 1 ] hasta $ \ pu {0 ° C}. $ Una forma de obtener $ \ ce {H3CO3 +} $ es disolver carbonatos inorgánicos e hidrogenocarbonatos en ácido mágico en $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- o HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
En cuanto a la estructura, el $ C_ \ mathrm {3h} $ -molécula simétrica (forma de triskelion, estructura 7 a continuación) resultó ser el mínimo global [ 2 ] (números de referencia actualizados):
También realizamos cálculos ab initio e IGLO […] en bicarbonato, así como en ácidos carbónicos libres, mono y diprotonados para racionalizar los resultados experimentales observados. Inicialmente, las posibles geometrías se optimizaron en el nivel HF / 6-31G *. Los isómeros más estables se determinaron posteriormente a partir de energías relativas en el nivel MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. Finalmente, las estructuras de energía más baja se optimizaron aún más en el nivel MP2 / 6-31G *. Se utilizaron estructuras optimizadas MP2 / 6-31G * para calcular $ \ ce {^ {13} C} $ cambios químicos de RMN.
[… ]
Ácido carbónico protonado . La estructura $ C_ \ mathrm {3h} $ simétrica 7 se encontró que era el mínimo global. Esta estructura fue sugerida para las especies observadas en solución de superácido por Olah et al. [ 1 ] sobre la base de $ \ ce {^ 1H} $ y $ \ ce {^ {13} C} $ espectroscopia de RMN. El ion en $ \ pu {-80 ° C} $ muestra picos agudos individuales en $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12.05 $ y $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165.4 $ en el protón y $ \ ce {^ {13} C} $ espectros de RMN, respectivamente.
Se demostró que la protonación de ácido carbónico en el átomo de oxígeno hidroxilo ( 8 ) era desfavorable por $ \ pu {23.4 kcal / mol} $ sobre la protonación en el oxígeno del carbonilo ( 7 ). El cálculo de frecuencia en el nivel HF / 6-31G * // HF / 6-31G * mostró que la estructura 8 no es como mínimo, ya que contiene dos frecuencias imaginarias.
$ \ ce {H3CO3 +} $ comparte similitudes estructurales con su análogo triaza, el ión guanidinio, ya que ambos poseen estabilización por resonancia a través de sus formas de onio [3, p. 60].
Referencias
- Olah, G. A .; Blanco, A. M. Iones de carbonio estable. LXIV. Ácido carbónico protonado (ion trihidroxicarbonio) y alquil (aril) carbonatos y carbonatos de hidrógeno protonados, y su escisión en ácido carbónico protonado e iones carbonio. El posible papel del ácido carbónico protonado en los procesos de carboxilación biológica. J. Soy. 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. Química en superácidos. 12. Ácido carbónico y su mono y diprotonación: investigación de RMN, Ab Initio e IGLO. J. Soy. 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 .; Temas de la química actual ; Springer Berlin Heidelberg: Berlín, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Comentarios
$ \ ce {H3CO3} $ no existe. ¿Por qué debería existir? ¿De dónde viene esta fórmula? Por supuesto, puede escribir cualquier fórmula que desee. No está prohibido escribir $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ o cualquier otra combinación de átomos de C, H y O que se te ocurra. Solo por diversión ! Pero la naturaleza ignora tu fantasía. Nadie ha podido fabricar estas sustancias. Por tanto, estas sustancias no existen.
La segunda parte de su pregunta puede explicarse por el hecho de que $ \ ce {H2CO3} $ es extremadamente inestable y siempre se descompone en gran medida en $ \ ce {CO2} $ y $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ existe solo en una solución muy diluida en agua y en equilibrio con $ \ ce {CO2} $ y $ \ ce {H2O} $ . Si intenta hacer una reacción con el grupo carbonilo de $ \ ce {H2CO3} $ , primero se descompondrá antes que cualquier otra reacción. La única excepción es su reacción con el ion OH-. Pero tanto $ \ ce {H2CO3} $ y $ \ ce {CO2} $ pueden reaccionar con NaOH, produciendo el mismo ion $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ . Por tanto, no puede estar seguro de la naturaleza de la molécula que reacciona con el NaOH. Puede ser $ \ ce {H2CO3} $ o $ \ ce {CO2} $ .
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