Svar
En protonerad kolsyra (trihydroximetylkatjon) $ \ ce {H3CO3 +} $ existerar och är faktiskt otroligt stabilt i lösningarna av supersyror [ 1 ] upp till $ \ pu {0 ° C}. $ Ett sätt att få $ \ ce {H3CO3 +} $ är att lösa oorganiska karbonater och vätekarbonater i magisk syra vid $ \ pu {-80 ° C} $ [ 2 ]:
$$ \ ce {CO3 ^ 2- eller HCO3- – > [FSO3H-SbF5 / SO2] [\ pu {-80 ° C}] H3CO3 + – > [\ pu {-10 – 0 ° C}] CO2 + H3O +} $$
När det gäller strukturen är $ C_ \ mathrm {3h} $ -symmetrisk molekyl (triskelionsform, struktur 7 nedan) befanns vara det globala minimumet [ 2 ] (referensnummer uppdaterade):
Vi utförde också ab initio- och IGLO-beräkningar […] på bikarbonat såväl som fria och mono- och diprotonerade kolsyror för att rationalisera de observerade experimentella resultaten. Ursprungligen optimerades de möjliga geometrierna på HF / 6-31G * -nivån. De mest stabila isomererna bestämdes därefter från relativa energier på MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G * -nivån. Slutligen optimerades de lägsta energistrukturerna ytterligare på MP2 / 6-31G * -nivån. MP2 / 6-31G * optimerade strukturer användes för att beräkna $ \ ce {^ {13} C} $ NMR kemiska skift.
[… ]
Protonerad kolsyra . Den symmetriska $ C_ \ mathrm {3h} $ strukturen 7 befanns vara det globala minimumet. Denna struktur föreslogs för de observerade arterna i supersyralösning av Olah et al. [ 1 ] på basis av $ \ ce {^ 1H} $ och $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spektroskopi. Jon vid $ \ pu {-80 ° C} $ visar enstaka vassa toppar vid $ δ (\ ce {^ 1H }) ~ 12,05 $ och $ δ (\ ce {^ {13} C}) ~ 165,4 $ i protonen och $ \ ce {^ {13} C} $ NMR-spektra, respektive.
Protonering av kolsyra på hydroxyl-syreatomen ( 8 ) visade sig vara ogynnsam av $ \ pu {23.4 kcal / mol} $ över protonering på karbonylsyre ( 7 ). Frekvensberäkning på HF / 6-31G * // HF / 6-31G * -nivå visade att strukturen 8 inte är ett minimum, eftersom det innehåller två imaginära frekvenser.
$ \ ce {H3CO3 +} $ delar strukturella likheter med sin triaza-analog, guanidiniumjonen, eftersom båda har resonansstabilisering via sina oniumformer [3, sid. 60].
Referenser
- Olah, G. A .; Vit, A. M. Stabila karboniumjoner. LXIV. Protonerad kolsyra (trihydroxikarboniumjon) och protonerad alkyl- (aryl) karbonater och vätekarbonater, och deras klyvning till protonerad kolsyra och karboniumjoner. Den möjliga rollen av protonerad kolsyra i biologiska karboxyleringsprocesser. J. Am. 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. Kolsyra och dess mono- och diprotonering: NMR, Ab Initio och IGLO-undersökning. J. Am. 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 .; Ämnen i aktuell kemi ; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 1979 ; Vol. 80.
Kommentarer
- Jag tror att OP letade efter H3CO3 som i, utan någon formell avgift, medan du har pratat om H3CO3 +. Fortfarande uppröstad för en stor bit information dock
- @YusufHasan Det är sant, det här är en sträcka, men frågan innebär typvis en katjon, annars slår den verkligen in ' s huvud kring rättfärdigandet för existensen av en neutral molekyl som denna.
- @andselisk fantastiskt svar och det gav mig nya insikter i oorganisk kemi
- Jag kan ' t letar upp det, så jag ' kommenterar bara detta: teorinivån HF / 6-31G * // HF / 6-31G * ' t är mycket meningsfullt; det skulle översättas till en enda poängberäkning på samma teorinivå som strukturoptimeringen. Det måste finnas en skillnad mellan den första och den sista delen, det kan vara intressant att veta. Å andra sidan är den nivån inte den mest pålitliga till att börja med …
- Det är lite vettigare nu. Såsom jag läste det har de genomfört en screening på teorinivån HF / 6-31G * och beräknat relativa energier som enstaka punkter om MP2 / 6-31G *, vilket vanligtvis betecknas MP2 / 6-31G * // HF / 6-31G *. I termen HF / 6-31G * // HF / 6-31G * hänvisar de förmodligen till frekvensberäkningarna, vilket betyder att de har gjort dem på samma teorinivå (vilket inte är förvånande, men fortfarande inte så vanligt att skriva det på det sättet). I vilket fall som helst, tack för uppdateringen.
Svar
$ \ ce {H3CO3} $ finns inte. Varför skulle det existera? Var kommer denna formel ifrån? Naturligtvis får du skriva vilken formel du vill. Det är inte förbjudet att skriva $ \ ce {HC4O3} $ $ \ ce {H3CO5} $ $ \ ce {H3C2O3} $ eller någon annan kombination av C-, H- och O-atomer som du kanske tänker på. För skojs skull ! Men naturen ignorerar din fantasi. Ingen har någonsin kunnat framställa dessa ämnen. Så dessa ämnen finns inte.
Den andra delen av din fråga kan förklaras av det faktum att $ \ ce {H2CO3} $ är extremt instabil, och sönderdelas alltid till stor del i $ \ ce {CO2} $ och $ \ ce {H2O} $ . $ \ ce {H2CO3} $ finns endast i mycket utspädd lösning i vatten och i jämvikt med $ \ ce {CO2} $ och $ \ ce {H2O} $ . Om du försöker göra en reaktion med karbonylgruppen $ \ ce {H2CO3} $ , sönderdelas den först före någon annan reaktion. Det enda undantaget är dess reaktion med OH-jonen. Men både $ \ ce {H2CO3} $ och $ \ ce {CO2} $ kan reagera med NaOH, producerar samma $ \ ce {CO3 ^ 2 -} $ jon. Så du kan inte vara säker på vilken molekyl som reagerar med NaOH. Det kan vara $ \ ce {H2CO3} $ eller $ \ ce {CO2} $ .
Kommentarer
- Jag lärde mig alltid att $ \ ce {H2CO3} $ är mycket stabil, bara inte i protiska lösningsmedel.
- Din svaret börjar med uttalandet $ \ ce {H2CO3} $ existerar inte. I andra stycket anges att det existerar. Det var bättre att säga att majoriteten av $ \ ce {CO2} $ i vatten är upplöst (fysiskt), och en liten del endast faktiskt utgör $ \ ce {H2CO3} $. Och för den här lilla delen av « true » $ \ ce {H2CO3} $, tror jag att surheten i vatten är låg, snarare än lite liten för att vara obetydlig och försumbar.