Оксокарбон анион - Oxocarbon anion - Wikipedia

2D-диаграмма мелодировать C
₁₂О⁶⁻
₁₂, один из оксоуглеродных анионов. Черные кружки - атомы углерода, красные кружки - атомы кислорода. Каждый синий ореол представляет половину отрицательного заряда.

В химии оксоуглеродный анион это отрицательный ион состоящий исключительно из углерод и кислород атомов и, следовательно, имеющий общую формулу C
_ИксО^п−
_у для некоторых целых чисел Икс, у, и п.

Наиболее распространенными оксоуглеродными анионами являются карбонат, CO²⁻
₃, и оксалат, C
₂О²⁻
₄. Однако существует большое количество стабильных анионов этого класса, в том числе несколько из них, которые используются в исследованиях или в промышленности. Также есть много нестабильных анионов, таких как CO⁻
₂ и CO⁻
₄, которые мимолетно существуют во время некоторых химических реакций; и многие гипотетические виды, например CO⁴⁻
₄, которые были предметом теоретических исследований, но пока не наблюдались.

Образуются стабильные оксоуглеродные анионы соли с большим разнообразием катионы. Нестабильные анионы могут сохраняться в очень разреженном газообразном состоянии, например, в межзвездные облака. Большинство оксоуглеродных анионов имеют соответствующие части в органическая химия, соединения которого обычно сложные эфиры. Так, например, оксалатный фрагмент [–O– (C = O)₂–O–] встречается в сложном эфире диметил оксалат ЧАС₃C – O– (C = O)₂–O – CH₃.

Электронная структура карбонат-иона

Карбонат-ион имеет плоскую тригональную структуру, точечная группа D_3ч. Три связи C-O имеют одинаковую длину 136 пм, а углы 3 O-C-O составляют 120 °. Атом углерода имеет 4 пары валентных электронов, что показывает, что молекула подчиняется Правило октета. Это один из факторов, который способствует высокой стабильности иона, которая встречается в таких породах, как известняк. Электронная структура описывается двумя основными теориями, которые используются, чтобы показать, как 4 пары электронов распределены в молекуле, которая имеет только 3 связи C-O.

С теория валентной связи электронная структура карбонат-иона представляет собой резонансный гибрид 3 канонических форм.

В каждой канонической форме есть две одинарные связи и одна двойная связь. Три канонические формы вносят равный вклад в резонансный гибрид, поэтому три связи C-O имеют одинаковую длину.

создание π-связи между 2 атомами одного и того же химического элемента

С теория молекулярных орбиталей ось 3-го порядка обозначена как ось z молекулы. Три σ-связи образуются в перекрытии s, p_Икс и р_у орбитали на атоме углерода с р-орбиталью на каждом атоме кислорода. Кроме того, делокализованная π-связь образована перекрытием p_z орбитали на атоме углерода с p_z орбиталь на каждом атоме кислорода, перпендикулярная плоскости молекулы.

Обратите внимание, что те же схемы соединения могут быть применены к нитрат-ион, НЕТ₃⁻, который изоэлектронный с карбонат-ионом.

Точно так же двумерная симметричная структура карбоксилат группа,CO^–
₂, может быть описан как резонансный гибрид двух канонических форм в теории валентных связей или с 2 связями σ и делокализованной связью π в теории молекулярных орбиталей.

Родственные соединения

Оксоуглеродные кислоты

Оксоуглеродный анион C
_ИксО^п−
_у можно рассматривать как результат удаления всех протоны из соответствующего кислота C_ИксЧАС_пО_у. Карбонат CO²⁻
₃, например, можно рассматривать как анион угольная кислота ЧАС₂CO₃. Иногда «кислота» на самом деле алкоголь или другие виды; это, например, случай ацетилендиолат C
₂О²⁻
₂ это даст ацетилендиол C₂ЧАС₂О₂. Однако анион часто более стабилен, чем кислота (как в случае карбоната);^[1] а иногда кислота неизвестна или ожидается, что она будет крайне нестабильной (как в случае метантетракарбоксилат C (COO⁻)₄).

Нейтрализованные виды

Каждый оксоуглеродный анион C
_ИксО^п−
_у в принципе может быть согласован с электрически нейтральным (или окисленный ) вариант C_ИксО_у, оксоуглерод (окись углерода) с тем же составом и структурой, за исключением отрицательного заряда. Однако, как правило, эти нейтральные оксоуглероды менее стабильны, чем соответствующие анионы. Так, например, стабильный карбонат-анион соответствует крайне нестабильному нейтральному триоксид углерода CO₃;^[2] оксалат C
₂О²⁻
₄ соответствуют еще менее стабильным 1,2-диоксетандион C₂О₄;^[3] и конюшня кроконат анион C
₅О²⁻
₅ соответствует нейтральному циклопентанепентон C₅О₅, который был обнаружен только в следовых количествах.^[4]

Уменьшенные варианты

И наоборот, некоторые оксоуглеродные анионы могут быть уменьшенный чтобы получить другие анионы с той же структурной формулой, но с большим отрицательным зарядом. Таким образом родизонат C
₆О²⁻
₆ можно свести к тетрагидроксибензохинон (THBQ) анион C
₆О⁴⁻
₆ а затем в бензолгексолат C
₆О⁶⁻
₆.^[5]

Кислотные ангидриды

Оксоуглеродный анион C
_ИксО^п−
_у также может быть связано с ангидрид соответствующей кислоты. Последний будет другим оксоуглеродом с формулой C_ИксО_{у−​^п⁄2}; а именно кислотный минус^п⁄₂ молекулы воды H₂О. Стандартный пример - соединение карбоната CO²⁻
₃ и углекислый газ CO₂. Соответствие не всегда четко определено, поскольку может существовать несколько способов выполнения этого формального обезвоживания, включая объединение двух или более анионов для получения олигомер или же полимер. В отличие от нейтрализации, эта формальная дегидратация иногда дает довольно стабильные оксоуглероды, такие как меллитовый ангидрид C₁₂О₉ из мелодировать C
₁₂О⁶⁻
₁₂ через меллитовая кислота C₁₂ЧАС₆О₁₂^[6][7][8]

Гидрированные анионы

Для каждого оксоуглеродного аниона C
_ИксО^п−
_у в принципе есть п−1 частично гидрированный анион с формулами ЧАС
_kC
_ИксО^(п−k)−
_у, куда k колеблется от 1 до п−1. Эти анионы обычно обозначаются приставками «водород», «дигидроген», «триводород» и т. Д. Некоторые из них, однако, имеют специальные названия: гидрокарбонат. HCO⁻
₃ обычно называют бикарбонат, и гидрогеноксалат HC
₂О⁻
₄ известен как биноксалат.

Гидрированные анионы могут быть стабильными, даже если полностью протонированная кислота не является стабильной (как в случае бикарбоната).

Список оксоуглеродных анионов

Вот неполный список известных или предполагаемых анионов оксоуглерода.

Диаграмма	Формула	Имя	Кислота	Ангидрид	Нейтрализовано
	:CO^2− 2	карбонит	HCO2ЧАС	CO	CO2
	CO^2− 3	карбонат	CH2О3	CO2	CO3
	CO^2− 4	пероксокарбонат		CO3	CO4
	CO^4− 4	ортокарбонат	С (ОН)4 метантетроль	CO2	CO4
	C 2О^2− 2	ацетилендиолат	C2ЧАС2О2 ацетилендиол		C2О2
	C 2О^2− 4	оксалат	C2ЧАС2О4	C2О3, C4О6	C2О4
	C 2О^2− 5	дикарбонат	C2ЧАС2О5	C2О4
	C 2О^2− 6	пероксодикарбонат
	C 3О^2− 3	дельтат	C3О (ОН)2		C3О3
	C 3О^2− 5	мезоксалат	C3ЧАС2О5
	C 4О^2− 4	ацетилендикарбоксилат	C4ЧАС2О4
	C 4О^2− 4	скварат	C4О2(ОЙ)2		C4О4
	C 4О^2− 6	диоксосукцинат	C4ЧАС2О6
	C 5О^2− 5	кроконат	C5О3(ОЙ)2		C5О5
	C 5О^4− 8	метантетракарбоксилат	C5ЧАС4О8
	C 6О^2− 6	родизонат	C4О4(COH)2		C6О6
	C 6О^4− 6	бензохинонетраолат; THBQ анион	(CO)2(COH)4 THBQ		C6О6
	C 6О^6− 6	бензолгексолат	C6(ОЙ)6 бензолгексол		C6О6
	C 6О^4− 8	этилентетракарбоксилат	C6ЧАС4О8	C6О6
	C 8О^4− 9	фурантетракарбоксилат	C8ЧАС4О9
	C 10О^4− 10	бензохинонтетракарбоксилат	C 10ЧАС 4О 10	C 10О 8
	C 12О^6− 12	мелодировать	C6(COOH)6	C12О9

Несколько других оксоуглеродных анионов были обнаружены в следовых количествах, таких как C
₆О⁻
₆, однократно ионизированная версия родизоната.^[9]

Смотрите также

• Оксокарбон
• Силикат
• Перкарбонат натрия (на самом деле карбонат пергидрат )

Рекомендации

1. «Инфракрасные и масс-спектральные исследования протонно-облученного H₂O + CO₂ лед: свидетельство наличия угольной кислоты », Мур, М. Х .; Ханна, Р.К.
2. DeMore W. B .; Якобсен К. В. (1969). «Образование триоксида углерода при фотолизе озона в жидком диоксиде углерода». Журнал физической химии. 73 (9): 2935–2938. Дои:10.1021 / j100843a026.
3. Герман Ф. Кордес; Герберт П. Рихтер; Карл А. Хеллер (1969). «Масс-спектрометрические доказательства существования 1,2-диоксетандиона (димер диоксида углерода). Хемилюминесцентный промежуточный продукт». Варенье. Chem. Soc. 91 (25): 7209. Дои:10.1021 / ja01053a065.
4. Шредер, Детлеф; Шварц, Гельмут; Дуа, Суреш; Бланксби, Стивен Дж .; Боуи, Джон Х. (май 1999 г.). «Масс-спектрометрические исследования оксоуглеродов C_пО_п (п = 3–6)". Международный журнал масс-спектрометрии. 188 (1–2): 17–25. Bibcode:1999IJMSp.188 ... 17S. Дои:10.1016 / S1387-3806 (98) 14208-2.
5. Хайян Чен, Мишель Арман, Матье Курти, Мэн Цзян, Клэр П. Грей, Франк Долхэм, Жан-Мари Тараскон и Филипп Пуазо (2009 г.), «Литиевая соль тетрагидроксибензохинона: к разработке устойчивой литий-ионной батареи» Варенье. Chem. Soc., 131(25), стр. 8984–8988. Дои:10.1021 / ja9024897
6. Я. Либих, Ф. Велер (1830), "Ueber die Zusammensetzung der Honigsteinsäure" Poggendorfs Annalen der Physik und Chemie, т. 94, Выпуск 2, стр. 161–164. Онлайн-версия по состоянию на 08.07.2009.
7. Мейер Х, Штайнер К. (1913). "Über ein neues Kohlenoxyd C"₁₂О₉ (Новый оксид углерода C₁₂О₉)". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 46: 813–815. Дои:10.1002 / cber.191304601105.
8. Ганс Мейер; Карл Штайнер (1913). "Über ein neues Kohlenoxyd C"₁₂О₉". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 46: 813–815. Дои:10.1002 / cber.191304601105.
9. Ричард Б. Уирвас и Кэролайн Чик Джарролд (2006), «Производство C
   ₆О⁻
   ₆ от олигомеризации СО на анионах молибдена ». Варенье. Chem. Soc. том 128 выпуск 42, стр. 13688–13689. Дои:10.1021 / ja0643927