Этаниум
22Ч +
7 )
В химии этан протонированный или этан представляет собой высокореактивный положительный ион с формулой C.
22Ч +
7 . Его можно описать как молекулу этана ( C
22Ч
6 ) с одним дополнительным протоном ( водорода ядром ), что придает ему электрический заряд +1 .
Этан — один из простейших ионов карбония (после метана CH +
5 ). Впервые он был обнаружен как разреженный газ в 1960 году С. Векслером и Н. Джесси . [ 1 ] Он легко диссоциирует на этений С.
22Ч +
5 и молекулярный водород H
2 .
Производство
[ редактировать ]Этан был впервые обнаружен методом инфракрасной спектроскопии среди ионов, образующихся при электрических разрядах в разреженном метане или этане. [ 1 ]
Этан также можно получить путем облучения метана, содержащего следы этана, электронным лучом при низком давлении (около 2 мм рт. ст. ). [ 2 ] Электронный луч сначала создает ионы метана и метения . Первые быстро передают свой протон этану:
- СН +
5 + С
22Ч
6 → СН
4 + С
22Ч +
7
Последняя реакция наблюдается и при CH +
5 , Н
2 ОН +
или ОЗС +
ионы впрыскиваются в этан при несколько более низком давлении. [ 3 ]
Стабильность и реакции
[ редактировать ]При давлении около 1 мм рт. ст. и 30 ° C этан очень медленно диссоциирует на этений и H.
2 , через энергетический барьер около 10 ккал / моль ; разложение происходит значительно быстрее при 92 ° C. [ 2 ] [ 3 ] Утверждается, что разложение почти атермично, но с 8 ккал/моль свободной энергии из-за увеличения энтропии. [ 4 ]
Структура
[ редактировать ]Как и его «ненасыщенные» родственники этений и этиниум С.
22Ч +
3 , предполагалось, что ион этана имеет (по крайней мере, на мгновение) протон, связанный одновременно с двумя атомами углерода , и электрический заряд равномерно распределен между ними, как и в других неклассических ионах . В альтернативной «классической» структуре заряд и дополнительный водород будут связаны только с одним из двух атомов, то есть с метилированным ионом метана.
Более ранние расчеты предсказывали, что энергия двух форм должна быть на 4–12 ккал/моль ниже, чем в диссоциированном состоянии C.
22Ч +
5 + Ч
2 , и они должны быть разделены слегка положительным энергетическим барьером. [ 1 ] Газофазная инфракрасная спектроскопия Йе и др. (1989) показала, что обе формы стабильны. [ 1 ] Мостиковая структура имеет самую низкую энергию , на 4–8 ккал/моль ниже классической. [ 1 ]
Точные расчеты Обаты и Хирао (1993) предсказывают, что наиболее стабильная форма имеет три ортогональные плоскости симметрии (C 2 v ) с двумя CH
3 подгруппы в затменной конфигурации (в отличие от этана, основное состояние которого имеет шахматную конфигурацию ). Четыре «нижних» атома H лежат в плоскости, противоположной мостиковому атому H и двум другим «верхним» атомам H. Приблизительные расчетные расстояния: C–C 0,211 нм , C–H 0,124 нм (перемычка), 0,107 нм (внизу) и 0,108 нм (вверху); угол C–H–C у моста составляет около 116 градусов, углы H–C–H – 116 градусов (низ-вниз) и 114 градусов (низ-верх). Однако существуют и другие конфигурации с почти минимальной энергией, включая ту, в которой два CH
3 подгруппы расположены слегка в шахматном порядке (с симметрией C s ), еще одна, где один из атомов углерода C
22Ч +
Ион 5 слабо связан с ионом H
2 молекулы на расстоянии 0,250 нм. [ 5 ]
См. также
[ редактировать ]- Дважды протонированный этан C
22Ч 2+
8 [ 6 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и
Л.И. Йе, Дж.М. Прайс и Ю.Т. Ли (1989), «Инфракрасная спектроскопия пентакоординированного иона карбония C».
22Ч +
7 ". Журнал Американского химического общества, том 111, страницы 5591-5604. два : 10.1021/ja00197a015 - ^ Jump up to: а б
Маргарет Френч и Пол Кебарл (1975), «Пиролиз C
22Ч +
7 и другие ионно-молекулярные реакции в метане, содержащем следы этана». Канадский химический журнал, том 53, страницы 2268-2274. два : 10.1139/v75-318 - ^ Jump up to: а б Г.И. Маккей, Х.И. Шифф, Д.К. Боме (1981), «Исследование кинетики и энергетики протонирования этана при комнатной температуре», Канадский химический журнал, том 59, выпуск 12, страницы 1771-1778. два : 10.1139/v81-265
- ^ Шуан-Линг Чонг и Дж. Л. Франклин (1972), «Теплоты образования протонированного циклопропана, метилциклопропана и этана». Журнал Американского химического общества, том 94, выпуск 18, страницы 6347–6351. два : 10.1021/ja00773a016
- ^
Сигэки Обата и Кимихико Хирао (1993), «Структура и колебательный анализ протонированного этана C».
22Ч +
7 », Бюллетень Химического общества Японии. том 66, выпуск 11, страницы 3271-3282 два : 10.1246/bcsj.66.3271 - ^ Куп Ламмертсма, Джордж А. Ола, Марио Барзаги, Массимо Симонетта (1972), «Теплоты образования протонированного циклопропана, метилциклопропана и этана». Журнал Американского химического общества, том 94, выпуск 18, страницы 6347–6351. два : 10.1021/ja00773a016