Antwoord
Een geprotoneerd koolzuur (trihydroxymethylkation) $ \ ce {H3CO3 +} $ bestaat, en is in feite ongelooflijk stabiel in de oplossingen van superzuren [ 1 ] tot $ \ pu {0 ° C}. $ Een manier om $ \ ce {H3CO3 +} $ te verkrijgen, is het oplossen van anorganische carbonaten en waterstofcarbonaten in magisch zuur op $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- of HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
Wat betreft de structuur, de $ C_ \ mathrm {3h} $ -symmetrisch molecuul (triskelionvorm, structuur 7 hieronder) bleek het globale minimum te zijn [ 2 ] (referentienummers bijgewerkt):
We hebben ook ab initio- en IGLO-berekeningen […] uitgevoerd op bicarbonaat en op vrije en mono- en diprotonated carbonzuren om de waargenomen experimentele resultaten te rationaliseren. Aanvankelijk werden de mogelijke geometrieën geoptimaliseerd op het HF / 6-31G * -niveau. De meest stabiele isomeren werden vervolgens bepaald uit relatieve energieën op het MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G * -niveau. Ten slotte werden de structuren met de laagste energie verder geoptimaliseerd op het MP2 / 6-31G * -niveau. MP2 / 6-31G * geoptimaliseerde structuren werden gebruikt om $ \ ce {^ {13} C} $ NMR chemische verschuivingen te berekenen.
[… ]
Geprotoneerd koolzuur . De symmetrische $ C_ \ mathrm {3h} $ structuur 7 bleek het wereldwijde minimum te zijn. Deze structuur werd voorgesteld voor de waargenomen soorten in superzuuroplossing door Olah et al. [ 1 ] op basis van $ \ ce {^ 1H} $ en $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spectroscopie. Het ion op $ \ pu {-80 ° C} $ vertoont enkele scherpe pieken op $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ en $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ in het proton en $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spectra, respectievelijk.
Protonering van koolzuur op het hydroxylzuurstofatoom ( 8 ) bleek ongunstig te zijn door $ \ pu {23,4 kcal / mol} $ over protonering op de carbonylzuurstof ( 7 ). Frequentieberekening op het HF / 6-31G * // HF / 6-31G * -niveau toonde aan dat de structuur 8 niet is minimaal, aangezien het twee denkbeeldige frequenties bevat.
$ \ ce {H3CO3 +} $ deelt structurele overeenkomsten met zijn triaza-analoog, het guanidiniumion, aangezien beide resonantiestabilisatie bezitten via hun oniumvormen [3, p. 60].
Referenties
- Olah, G. A .; White, A. M. Stabiele carboniumionen. LXIV. Geprotoneerd koolzuur (trihydroxycarboniumion) en geprotoneerd alkyl (Aryl) carbonaten en waterstofcarbonaten, en hun splitsing tot geprotoneerd koolzuur en carboniumionen. De mogelijke rol van geprotoneerd koolzuur in biologische carboxyleringsprocessen. J. Ben. 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. Chemistry in Superacids. 12. Koolzuur en zijn mono- en diprotonering: NMR, Ab Initio en IGLO-onderzoek. J. Ben. 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 .; Onderwerpen in de huidige chemie ; Springer Berlin Heidelberg: Berlijn, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Opmerkingen
- Ik denk dat het OP op zoek was naar H3CO3 zoals in, zonder enige formele aanklacht, terwijl je het hebt gehad over H3CO3 +. Toch nog steeds positief gestemd voor een groot stuk informatie
- @YusufHasan Dat is waar, dit is een stuk, maar de vraag impliceert een soort kation, anders verpakt het er inderdaad een ' s hoofd rond de rechtvaardiging voor het bestaan van een neutraal molecuul als dit.
- @andselisk geweldig antwoord en het gaf me nieuwe inzichten in anorganische chemie
- Ik kan ' zoek het niet op, dus ik ' geef hier alleen maar commentaar op: het theorieniveau HF / 6-31G * // HF / 6-31G * heeft niet ' t veel zin; het zou zich vertalen in een enkelpuntsberekening op hetzelfde theorieniveau als de structuuroptimalisatie. Er moet een verschil zijn tussen het eerste en het laatste deel, dat kan interessant zijn om te weten. Aan de andere kant is dat niveau niet het meest betrouwbare om mee te beginnen …
- Dat is nu wat logischer. Zoals ik het heb gelezen, hebben ze een screening uitgevoerd op het HF / 6-31G * -niveau van de theorie en de relatieve energieën berekend als enkele punten om MP2 / 6-31G *, die gewoonlijk wordt aangeduid als MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. In de term HF / 6-31G * // HF / 6-31G * verwijzen ze waarschijnlijk naar de frequentieberekeningen, wat betekent dat ze ze op hetzelfde theorieniveau hebben gedaan (wat niet verrassend is, maar nog steeds niet zo gebruikelijk om te schrijven het op die manier). In ieder geval bedankt voor de update.
Antwoord
$ \ ce {H3CO3} $ bestaat niet. Waarom zou het moeten bestaan? Waar komt deze formule vandaan? Je mag natuurlijk elke gewenste formule schrijven. Het is niet verboden om $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ of een andere combinatie van C-, H- en O-atomen die u kunt bedenken. Voor de lol ! Maar de natuur negeert je fantasie. Niemand heeft deze stoffen ooit kunnen maken. Deze stoffen bestaan dus niet.
Het tweede deel van uw vraag kan worden verklaard door het feit dat $ \ ce {H2CO3} $ extreem instabiel, en wordt altijd grotendeels ontleed in $ \ ce {CO2} $ en $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ bestaat alleen in zeer verdunde oplossing in water en in evenwicht met $ \ ce {CO2} $ en $ \ ce {H2O} $ . Als je een reactie probeert te maken met de carbonylgroep van $ \ ce {H2CO3} $ , wordt deze eerst afgebroken voor elke andere reactie. De enige uitzondering is de reactie met het OH-ion. Maar zowel $ \ ce {H2CO3} $ als $ \ ce {CO2} $ kunnen reageren met NaOH, dezelfde $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ ion produceren. U kunt dus niet zeker zijn van de aard van het molecuul dat reageert met NaOH. Het kan $ \ ce {H2CO3} $ of $ \ ce {CO2} $ zijn.
Reacties
- Ik heb altijd geleerd dat $ \ ce {H2CO3} $ erg stabiel is, alleen niet in protische oplosmiddelen.
- Jouw antwoord begint met de stelling $ \ ce {H2CO3} $ bestaat niet. In de tweede alinea staat dat het bestaat. Het was beter om te zeggen dat de meerderheid van $ \ ce {CO2} $ in water is opgelost (fysiek), en dat een klein deel slechts $ \ ce {H2CO3} $ vormt. En voor dit kleine deel van « true » $ \ ce {H2CO3} $, denk ik dat de zuurgraad in water eerder laag is dan verdomd klein om onbeduidend en verwaarloosbaar te zijn.