Protonowany kwas węglowy (kation trihydroksymetylowy) $ \ ce {H3CO3 +} $ istnieje i jest w rzeczywistości niezwykle stabilny w roztworach superkwasów [ 1 ] do $ \ pu {0 ° C}. $ Jednym ze sposobów uzyskania $ \ ce {H3CO3 +} $ jest rozpuszczenie nieorganicznych węglanów i wodorowęglanów w magiczny kwas w $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- lub HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
Jeśli chodzi o strukturę, $ C_ \ mathrm {3h} $ – cząsteczka symetryczna (kształt triskelionu, struktura 7 poniżej) uznano za minimum globalne [ 2 ] (zaktualizowano numery referencyjne):
Przeprowadziliśmy również obliczenia ab initio i IGLO […] na wodorowęglanach, a także na wolnych, mono- i diprotonowanych kwasach węglowych, aby zracjonalizować obserwowane wyniki eksperymentalne. Początkowo możliwe geometrie zostały zoptymalizowane na poziomie HF / 6-31G *. Najbardziej stabilne izomery określono następnie na podstawie względnych energii na poziomie MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. Wreszcie struktury o najniższej energii zostały dodatkowo zoptymalizowane na poziomie MP2 / 6-31G *. Zoptymalizowane struktury MP2 / 6-31G * zostały użyte do obliczenia $ \ ce {^ {13} C} $ przesunięć chemicznych NMR.
[… ]
Protonowany kwas węglowy . Symetryczna $ C_ \ mathrm {3h} $ struktura 7 uznano za minimum globalne. Taka struktura została zasugerowana dla obserwowanych gatunków w roztworze superkwasu przez Olah et al. [ 1 ] na podstawie $ \ ce {^ 1H} $ i $ \ ce {^ {13} C} $ spektroskopia NMR. Jon w $ \ pu {-80 ° C} $ pokazuje pojedyncze ostre piki w $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ i $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ w protonie i $ \ ce {^ {13} C} $ widma NMR, odpowiednio.
Protonacja kwasu węglowego na atomie tlenu hydroksylowego ( 8 ) okazała się niekorzystna przez $ \ pu {23,4 kcal / mol} $ ponad protonowanie tlenu karbonylowego ( 7 ). Obliczenie częstotliwości na poziomie HF / 6-31G * // HF / 6-31G * wykazało, że struktura 8 nie jest minimum, ponieważ zawiera dwie wyimaginowane częstotliwości.
$ \ ce {H3CO3 +} $ ma strukturalne podobieństwa ze swoim triaza-analogiem, jonem guanidyniowym, ponieważ oba posiadają stabilizację rezonansu poprzez swoje formy onowe [3, s. 60].
Referencje
- Olah, G. A .; Biały, A. M. Stabilne jony węglowe. LXIV. Protonowany kwas węglowy (jony trihydroksykarbonowe) i protonowane węglany alkilowe (arylowe) i węglany wodoru oraz ich rozpad do protonowanego kwasu węglowego i jonów węglowych. Możliwa rola protonowanego kwasu węglowego w biologicznych procesach karboksylacji. J. Jestem. 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. Kwas węglowy i jego mono- i diprotonowanie: badanie NMR, Ab Initio i IGLO. J. Jestem. 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 .; Tematy z aktualnej chemii ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Komentarze
$ \ ce {H3CO3} $ nie istnieje. Dlaczego miałoby istnieć? Skąd się bierze ta formuła? Oczywiście możesz napisać dowolną formułę. Nie wolno pisać $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ lub dowolna inna kombinacja atomów C, H i O, o której możesz pomyśleć. Dla żartu ! Ale Natura ignoruje twoje fantazje. Nikt nigdy nie był w stanie wyprodukować tych substancji. Więc te substancje nie istnieją.
Drugą część twojego pytania można wyjaśnić faktem, że $ \ ce {H2CO3} $ jest niezwykle niestabilny i zawsze w dużej mierze rozkładany na $ \ ce {CO2} $ i $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ istnieje tylko w bardzo rozcieńczonym roztworze w wodzie i w równowadze z $ \ ce {CO2} $ i $ \ ce {H2O} $ . Jeśli spróbujesz wywołać reakcję z grupą karbonylową $ \ ce {H2CO3} $ , najpierw zostanie ona rozłożona przed jakąkolwiek inną reakcją. Jedynym wyjątkiem jest jego reakcja z jonem OH-. Ale zarówno $ \ ce {H2CO3} $ , jak i $ \ ce {CO2} $ mogą reagować z NaOH, produkując ten sam jon $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ . Nie możesz więc mieć pewności co do natury cząsteczki, która reaguje z NaOH. Może to być $ \ ce {H2CO3} $ lub $ \ ce {CO2} $ .
Komentarze