Un acid carbonic protonat (cation trihidroximetil) $ \ ce {H3CO3 +} $ există și este de fapt incredibil de stabil în soluțiile superacizilor [ 1 ] până la $ \ pu {0 ° C}. $ O modalitate de a obține $ \ ce {H3CO3 +} $ este dizolvarea carbonaților anorganici și a hidrogen carbonaților în acid magic la $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- sau HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
În ceea ce privește structura, $ C_ \ mathrm {3h} $ -moleculă simetrică (formă triskelion, structură 7 de mai jos) s-a găsit a fi minimul global [ 2 ] (numerele de referință actualizate):
De asemenea, am efectuat calcule ab initio și IGLO […] pe bicarbonat, precum și acizi carbonici liberi și mono- și diprotonați pentru a raționaliza rezultatele experimentale observate. Inițial, geometriile posibile au fost optimizate la nivelul HF / 6-31G *. Izomerii cei mai stabili au fost ulterior determinați din energiile relative la nivelul MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. În cele din urmă, cele mai scăzute structuri energetice au fost optimizate în continuare la nivelul MP2 / 6-31G *. Structurile optimizate MP2 / 6-31G * au fost utilizate pentru a calcula $ \ ce {^ {13} C} $ schimbările chimice RMN.
[… ]
Acid carbonic protonat . Structura $ C_ \ mathrm {3h} $ simetrică 7 a fost găsit a fi minimul global. Această structură a fost sugerată pentru speciile observate în soluție superacidă de Olah și colab. [ 1 ] pe baza $ \ ce {^ 1H} $ și $ \ ce {^ {13} C} $ spectroscopie RMN. Ionul la $ \ pu {-80 ° C} $ arată vârfuri ascuțite unice la $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ și $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ în proton și $ \ ce {^ {13} C} $ Spectrele RMN, respectiv.
Protonarea acidului carbonic pe atomul de hidroxil oxigen ( 8 ) sa dovedit a fi nefavorabilă de $ \ pu {23,4 kcal / mol} $ peste protonație pe oxigenul carbonilic ( 7 ). Calculul frecvenței la nivelul HF / 6-31G * // HF / 6-31G * a arătat că structura 8 nu este un minim, deoarece conține două frecvențe imaginare.
$ \ ce {H3CO3 +} $ împărtășește asemănări structurale cu triaza-analogul său, ionul guanidinium, deoarece ambii posedă stabilizare prin rezonanță prin formele lor de oniu [3, p. 60].
Referințe
- Olah, G. A .; White, A. M. Ioni stabili de carboniu. LXIV. Acid carbonic protonat (ion trihidroxicarboniu) și carbonat alchil (aril) protonat și carbonat de hidrogen, precum și scindarea lor la ionii de acid carbonic protonat și carboniu. Rolul posibil al acidului carbonic protonat în procesele de carboxilare biologică. J. A.m. 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. Chimia în superacizi. 12. Acid carbonic și mono- și diprotonația sa: RMN, Ab Initio și IGLO Investigation. J. A.m. 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., Seria Eds .; Subiecte în chimia actuală ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 Vol. 80.
Comentarii
$ \ ce {H3CO3} $ nu există. De ce ar trebui să existe? De unde vine această formulă? Desigur, ai voie să scrii orice formulă dorești. Nu este interzis să scrieți $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ sau orice altă combinație de atomi C, H și O la care vă puteți gândi. Doar pentru distractie ! Dar Natura îți ignoră fantezia. Nimeni nu a reușit vreodată să producă aceste substanțe. Deci, aceste substanțe nu există.
A doua parte a întrebării dvs. poate fi explicată prin faptul că $ \ ce {H2CO3} $ este extrem de instabil și este întotdeauna descompus în mare măsură în $ \ ce {CO2} $ și $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ există numai în soluție foarte diluată în apă și în echilibru cu $ \ ce {CO2} $ și $ \ ce {H2O} $ . Dacă încercați să faceți o reacție cu gruparea carbonil a $ \ ce {H2CO3} $ , aceasta va fi mai întâi descompusă înainte de orice altă reacție. Singura excepție este reacția sa cu ionul OH-. Dar atât $ \ ce {H2CO3} $ , cât și $ \ ce {CO2} $ pot reacționa cu NaOH, producând același $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ ion. Deci, nu puteți fi siguri de natura moleculei care reacționează cu NaOH. Poate fi $ \ ce {H2CO3} $ sau $ \ ce {CO2} $ .
Comentarii