プロトン化炭酸（トリヒドロキシメチルカチオン） $ \ ce {H3CO3 +} $ は存在し、実際、 $ \ puまでの超酸[ 1 ]の溶液で非常に安定しています。 {0°C}。$ $ \ ce {H3CO3 +} $ を取得する1つの方法は、無機炭酸塩と炭酸水素塩を魔法の酸 at $ \ pu {-80°C} $ [ 2 ]：
$$ \ ce {CO3 ^ 2-またはHCO3-> [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80°C}] H3CO3 +-> [\ pu {-10-0 °C}] CO2 + H3O +} $$
構造については、 $ C_ \ mathrm {3h} $ -対称分子（トリスケリオンの形状、構造 7 以下）がグローバル最小値であることが判明しました[ 2 ]（参照番号が更新されました）：
また、観察された実験結果を合理化するために、重炭酸塩、遊離炭酸、モノプロトン化炭酸、およびジプロトン化炭酸に対してabinitioおよびIGLO計算を実行しました[…]。当初、可能な形状はHF / 6-31G *レベルで最適化されていました。その後、最も安定した異性体は、MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *レベルでの相対エネルギーから決定されました。最後に、最低エネルギー構造はMP2 / 6-31G *レベルでさらに最適化されました。 MP2 / 6-31G *最適化構造を使用して、 $ \ ce {^ {13} C} $ NMR化学シフトを計算しました。
[… ]
プロトン化炭酸。対称的な $ C_ \ mathrm {3h} $ 構造 7 グローバルな最小値であることがわかりました。この構造は、Olahらによって超酸溶液で観察された種について示唆されました。 [ 1 ] $ \ ce {^ 1H} $ と $ \ ce {^ {13} C} $ NMR分光法。 $ \ pu {-80°C} $ のイオンは、 $δ（\ ce {^ 1H }）〜12.05 $ と $δ（\ ce {^ {13} C}）〜165.4 $ の陽子と $ \ ce {^ {13} C} $ NMRスペクトル。
ヒドロキシル酸素原子（ 8 ）での炭酸のプロトン化は、<によって不利であることが示されました。 span class = "math-container"> $ \ pu {23.4 kcal / mol} $ は、カルボニル酸素のプロトン化を超えています（ 7 ）。 HF / 6-31G * // HF / 6-31G *レベルでの周波数計算では、構造 8 はそうではないことが示されました最小値。2つの仮想周波数が含まれているためです。
$ \ ce {H3CO3 +} $ は、トリアザ類似体であるグアニジニウムイオンと構造的類似性を共有しています。どちらもオニウムイオンを介して共鳴安定化を持っているためです[3、p。 60]。
参考文献
- Olah、G。A。;ホワイト、A。M。安定したカルボニウムイオン。 LXIV。プロトン化炭酸（トリヒドロキシ炭酸イオン）およびプロトン化アルキル（アリール）炭酸塩および炭酸水素塩、ならびにそれらのプロトン化炭酸およびカルボニウムイオンへの開裂。生物学的カルボキシル化プロセスにおけるプロトン化炭酸の可能な役割。 J。午前化学。 Soc。 1968 、90（7）、1884–1889。 https://doi.org/10.1021/ja01009a036 。
- Rasul、G。; Reddy、V。P。; Zdunek、L。Z。;プラカシュ、G。K。S。;オラー、G。A。超酸の化学。 12.炭酸とそのモノプロトン化およびジプロトン化：NMR、Ab Initio、およびIGLO調査。 J。午前化学。 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。; 現在の化学のトピック; Springer Berlin Heidelberg：ベルリン、ハイデルベルク、 1979 ;巻80.
コメント
$ \ ce {H3CO3} $ は存在しません。なぜそれが存在する必要がありますか？この公式はどこから来たのですか？もちろん、好きな数式を書くことができます。 $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ 、または考えられるC、H、O原子の他の組み合わせ。楽しみのためだけに！しかし、自然はあなたのファンタジーを無視します。誰もこれらの物質を作ることができませんでした。したがって、これらの物質は存在しません。
質問の2番目の部分は、 $ \ ce {H2CO3} $ が非常に多いという事実によって説明される場合があります。不安定であり、常に大部分が $ \ ce {CO2} $ と $ \ ce {H2O} $ 。 $ \ ce {H2CO3} $ は、水中の非常に希薄な溶液にのみ存在し、 $ \ ce {CO2}と平衡状態にあります。 $ および $ \ ce {H2O} $ 。 $ \ ce {H2CO3} $ のカルボニル基と反応させようとすると、他の反応の前に最初に分解されます。唯一の例外は、OH-イオンとの反応です。ただし、 $ \ ce {H2CO3} $ と $ \ ce {CO2} $ はどちらもNaOHと反応できます。同じ $ \ ce {CO3 ^ 2-} $ イオンを生成します。したがって、NaOHと反応する分子の性質については確信が持てません。 $ \ ce {H2CO3} $ または $ \ ce {CO2} $ の場合があります。
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