Antwort
Eine protonierte Kohlensäure (Trihydroxymethylkation) $ \ ce {H3CO3 +} $ existiert und ist in der Tat unglaublich stabil in den Lösungen von Supersäuren [ 1 ] bis zu $ \ pu {0 ° C}. $ Eine Möglichkeit, $ \ ce {H3CO3 +} $ zu erhalten, besteht darin, anorganische Carbonate und Hydrogencarbonate in magische Säure bei $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- oder HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
Für die Struktur gilt der $ C_ \ mathrm {3h} $ -symmetrisches Molekül (Triskelionform, Struktur 7 unten) das globale Minimum ist [ 2 ] (Referenznummern aktualisiert):
Wir haben auch Ab-initio- und IGLO-Berechnungen […] an Bicarbonat sowie freien und mono- und diprotonierten Kohlensäuren durchgeführt, um die beobachteten experimentellen Ergebnisse zu rationalisieren. Zunächst wurden die möglichen Geometrien auf HF / 6-31G * -Niveau optimiert. Die stabilsten Isomere wurden anschließend aus relativen Energien auf dem MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G * -Niveau bestimmt. Schließlich wurden die Strukturen mit der niedrigsten Energie auf MP2 / 6-31G * -Niveau weiter optimiert. MP2 / 6-31G * -optimierte Strukturen wurden verwendet, um $ \ ce {^ {13} C} $ chemische NMR-Verschiebungen zu berechnen.
[… ]
Protonierte Kohlensäure . Die symmetrische $ C_ \ mathrm {3h} $ -Struktur 7 wurde als globales Minimum befunden. Diese Struktur wurde von Olah et al. Für die beobachteten Spezies in Supersäurelösung vorgeschlagen. [ 1 ] auf der Basis von $ \ ce {^ 1H} $ und $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-Spektroskopie. Das Ion bei $ \ pu {-80 ° C} $ zeigt einzelne scharfe Peaks bei $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12.05 $ und $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165.4 $ im Proton und $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-Spektren.
Die Protonierung von Kohlensäure am Hydroxylsauerstoffatom ( 8 ) erwies sich durch
$ \ pu {23,4 kcal / mol} $ über die Protonierung des Carbonylsauerstoffs ( 7 ). Die Frequenzberechnung auf der Ebene HF / 6-31G * // HF / 6-31G * ergab, dass die Struktur 8 nicht stimmt ein Minimum, da es zwei imaginäre Frequenzen enthält.
$ \ ce {H3CO3 +} $ weist strukturelle Ähnlichkeiten mit seinem Triaza-Analogon, dem Guanidiniumion, auf, da beide über ihre Oniumformen eine Resonanzstabilisierung besitzen [3, p. 60].
Referenzen
- Olah, G. A.; White, A. M. Stabile Carboniumionen. LXIV. Protonierte Kohlensäure (Trihydroxycarboniumion) und protonierte Alkylcarbonate und Wasserstoffcarbonate sowie deren Spaltung zu protonierter Kohlensäure und Carboniumionen. Die mögliche Rolle protonierter Kohlensäure in biologischen Carboxylierungsprozessen. J. Am. 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. Chemie in Supersäuren. 12. Kohlensäure und ihre Mono- und Diprotonierung: NMR-, Ab Initio- und IGLO-Untersuchung. J. Am. 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.; Themen der aktuellen Chemie ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Kommentare
- Ich glaube, das OP suchte nach H3CO3 wie in, ohne formelle Anklage, während Sie darüber gesprochen haben H3CO3 +. Immer noch positiv bewertet für eine großartige Information, obwohl
- @YusufHasan Richtig, dies ist eine Strecke, aber die Frage impliziert eine Art Kation, andernfalls wird tatsächlich eine ' s Kopf um die Rechtfertigung für die Existenz eines neutralen Moleküls wie dieses.
- @andselisk erstaunliche Antwort und es gab mir neue Einblicke in die anorganische Chemie
- Ich kann ' schau nicht nach, also ' kommentiere ich dies nur: das Niveau der Theorie HF / 6-31G * // HF / 6-31G * macht ' nicht viel Sinn; Dies würde zu einer Einzelpunktberechnung auf derselben theoretischen Ebene wie die Strukturoptimierung führen. Es muss einen Unterschied zwischen dem ersten und dem letzten Teil geben, der interessant zu wissen sein könnte. Auf der anderen Seite ist dieses Level zunächst nicht das zuverlässigste …
- Das macht jetzt etwas mehr Sinn. So wie ich es gelesen habe, haben sie ein Screening auf der theoretischen Ebene HF / 6-31G * durchgeführt und relative Energien als Einzelpunkte von MP2 / 6-31G * berechnet, was üblicherweise als MP2 / 6-31G * // bezeichnet wird HF / 6-31G *. Im Begriff HF / 6-31G * // HF / 6-31G * beziehen sie sich wahrscheinlich auf die Frequenzberechnungen, was bedeutet, dass sie sie auf derselben theoretischen Ebene durchgeführt haben (was nicht überraschend ist, aber immer noch nicht so häufig zu schreiben ist es auf diese Weise). Auf jeden Fall danke für das Update.
Antwort
$ \ ce {H3CO3} $ existiert nicht. Warum sollte es existieren? Woher kommt diese Formel? Natürlich dürfen Sie jede gewünschte Formel schreiben. Es ist nicht verboten, $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ oder eine andere Kombination von C-, H- und O-Atomen, an die Sie vielleicht denken. Nur zum Spaß ! Aber die Natur ignoriert deine Fantasie. Niemand hat jemals in der Lage gewesen, diese Substanzen herzustellen. Diese Substanzen existieren also nicht.
Der zweite Teil Ihrer Frage kann durch die Tatsache erklärt werden, dass $ \ ce {H2CO3} $ extrem ist instabil und wird immer weitgehend in $ \ ce {CO2} $ und $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ existiert nur in sehr verdünnter Lösung in Wasser und im Gleichgewicht mit $ \ ce {CO2} $ und $ \ ce {H2O} $ . Wenn Sie versuchen, eine Reaktion mit der Carbonylgruppe von $ \ ce {H2CO3} $ durchzuführen, wird diese vor jeder anderen Reaktion zersetzt. Die einzige Ausnahme ist die Reaktion mit dem OH-Ion. Aber sowohl $ \ ce {H2CO3} $ als auch $ \ ce {CO2} $ können mit NaOH reagieren, Erzeugen des gleichen $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ -Ions. Sie können sich also nicht sicher sein, welche Art von Molekül mit NaOH reagiert. Dies kann $ \ ce {H2CO3} $ oder $ \ ce {CO2} $ sein.
Kommentare
- Mir wurde immer beigebracht, dass $ \ ce {H2CO3} $ sehr stabil ist, nur nicht in protischen Lösungsmitteln.
- Ihre Die Antwort beginnt mit der Anweisung $ \ ce {H2CO3} $ existiert nicht. Der zweite Absatz besagt, dass es existiert. Es wäre besser zu sagen, dass die Mehrheit von $ \ ce {CO2} $ in Wasser (physikalisch) gelöst ist und ein kleiner Teil tatsächlich nur $ \ ce {H2CO3} $ darstellt. Und für diesen winzigen Teil von « true » $ \ ce {H2CO3} $ ist der Säuregehalt im Wasser eher gering als verdammt winzig, um unbedeutend und vernachlässigbar zu sein.