Svar
En protonert karbonsyre (trihydroksymetylkation) $ \ ce {H3CO3 +} $ eksisterer, og er faktisk utrolig stabil i løsningene av supersyrer [ 1 ] opp til $ \ pu {0 ° C}. $ En måte å oppnå $ \ ce {H3CO3 +} $ er å oppløse uorganiske karbonater og hydrogenkarbonater i magisk syre ved $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- eller HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
Når det gjelder strukturen, er $ C_ \ mathrm {3h} $ -symmetrisk molekyl (triskelionsform, struktur 7 under) ble funnet å være det globale minimumet [ 2 ] (referansenummer oppdatert):
Vi utførte også ab initio- og IGLO-beregninger […] på bikarbonat så vel som frie og mono- og diprotonerte karbonsyrer for å rasjonalisere de observerte eksperimentelle resultatene. Opprinnelig ble de mulige geometriene optimalisert på HF / 6-31G * nivå. De mest stabile isomerer ble deretter bestemt fra relative energier på MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G * nivå. Til slutt ble de laveste energistrukturene ytterligere optimalisert på MP2 / 6-31G * nivå. MP2 / 6-31G * optimaliserte strukturer ble brukt til å beregne $ \ ce {^ {13} C} $ NMR kjemiske skift.
[… ]
Protonert karbonsyre . Den symmetriske $ C_ \ mathrm {3h} $ struktur 7 ble funnet å være det globale minimumet. Denne strukturen ble foreslått for de observerte artene i supersyreoppløsning av Olah et al. [ 1 ] på grunnlag av $ \ ce {^ 1H} $ og $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spektroskopi. Ionen ved $ \ pu {-80 ° C} $ viser enkelt skarpe topper ved $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ og $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ i protonen og henholdsvis $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spektre.
Protonering av karbonsyre på hydroksyl-oksygenatomet ( 8 ) ble vist å være ugunstig av $ \ pu {23.4 kcal / mol} $ over protonering på karbonyloksygenet ( 7 ). Frekvensberegning på HF / 6-31G * // HF / 6-31G * nivå viste at strukturen 8 ikke er et minimum, da det inneholder to imaginære frekvenser.
$ \ ce {H3CO3 +} $ deler strukturelle likheter med sin triaza-analog, guanidiniumionen, da begge har resonansstabilisering via deres oniumformer [3, s. 60].
Referanser
- Olah, G. A .; Hvit, A. M. Stabile karboniumioner. LXIV. Protonert karbonsyre (Trihydroxycarbonium Ion) og Protonated Alkyl (Aryl) Carbonates og Hydrogen Carbonates, og deres spaltning til protonert karbonsyre og Carbonium-ioner. Den mulige rollen til protonert karbonsyre i biologiske karboksyleringsprosesser. 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. Kjemi i supersyrer. 12. Karbonsyre og dens mono- og diprotonering: NMR, Ab Initio og IGLO-undersøkelse. 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 nåværende kjemi ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Kommentarer
- Jeg tror OP var på jakt etter H3CO3 som i, uten noen formell tiltale, mens du har snakket om H3CO3 +. Fortsatt oppstemt for et flott stykke informasjon skjønt
- @YusufHasan Det er sant, dette er en strekning, men spørsmålet innebærer liksom et kation, ellers pakker det inn en ' s hode rundt begrunnelsen for eksistensen av et nøytralt molekyl som dette.
- @andselisk utrolig svar, og det ga meg ny innsikt i uorganisk kjemi
- Jeg kan ' t ser det opp, så jeg ' kommenterer bare dette: teorinivået HF / 6-31G * // HF / 6-31G * gir ' ikke mye mening; det vil oversettes til et enkeltpunktsberegning på samme teorinivå som strukturoptimaliseringen. Det må være en forskjell mellom første og siste del, det kan være interessant å vite. På den annen side er det nivået ikke det mest pålitelige til å begynne med …
- Det gir litt mer mening nå. Slik jeg leste det, har de gjennomført en screening på HF / 6-31G * teoretisk nivå og beregnet relative energier som enkeltpoeng om MP2 / 6-31G *, som ofte betegnes som MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. I begrepet HF / 6-31G * // HF / 6-31G * refererer de sannsynligvis til frekvensberegningene, noe som betyr at de har gjort dem på samme teorinivå (noe som ikke er overraskende, men fortsatt ikke så vanlig å skrive det på den måten). I alle fall takk for oppdateringen.
Svar
$ \ ce {H3CO3} $ eksisterer ikke. Hvorfor skulle den eksistere? Hvor kommer denne formelen fra? Selvfølgelig har du lov til å skrive hvilken formel du vil. Det er ikke forbudt å skrive $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ eller en hvilken som helst annen kombinasjon av C-, H- og O-atomer du måtte tenke på. Bare for moro skyld! Men naturen ignorerer fantasien din. Ingen har noen gang klart å lage disse stoffene. Så disse stoffene eksisterer ikke.
Den andre delen av spørsmålet ditt kan forklares med det faktum at $ \ ce {H2CO3} $ er ekstremt ustabil, og blir alltid i stor grad nedbrutt i $ \ ce {CO2} $ og $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ eksisterer bare i veldig fortynnet løsning i vann, og i likevekt med $ \ ce {CO2} $ og $ \ ce {H2O} $ . Hvis du prøver å gjøre en reaksjon med karbonylgruppen $ \ ce {H2CO3} $ , blir den først spaltet før noen annen reaksjon. Det eneste unntaket er reaksjonen med OH-ionet. Men både $ \ ce {H2CO3} $ og $ \ ce {CO2} $ kan reagere med NaOH, produserer den samme $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ ion. Så du kan ikke være sikker på arten av molekylet som reagerer med NaOH. Det kan være $ \ ce {H2CO3} $ eller $ \ ce {CO2} $ .
Kommentarer
- Jeg ble alltid lært at $ \ ce {H2CO3} $ er veldig stabil, bare ikke i protiske løsemidler.
- Din svaret starter med utsagnet $ \ ce {H2CO3} $ eksisterer ikke. Andre ledd sier at det eksisterer. Det var bedre å si at flertallet av $ \ ce {CO2} $ i vann er oppløst (fysisk), og en liten del utgjør faktisk bare $ \ ce {H2CO3} $. Og for denne lille delen av « true » $ \ ce {H2CO3} $, tror jeg surheten som oppleves i vann er lav, heller enn det er lite å være ubetydelig og ubetydelig.