stringtranslate.com

Метаний

В химии метан — это сложный положительный ион с формулой [ CH5 ] + (метастабильная переходная форма, атом углерода ковалентно связан с пятью атомами водорода ) или [CH3 ( H2 ) ] + (плавкая форма, а именно молекула с одним атомом углерода, ковалентно связанным с тремя атомами водорода и одной молекулой дигидрогена), несущий электрический заряд +1 . Это суперкислота и один из ониевых ионов , действительно простейший карбоний-ион .

Он крайне нестабилен и очень реактивен даже при наличии полного октета, что обуславливает его сверхкислотные свойства.

Метан может быть получен в лаборатории как разреженный газ или как разбавленная разновидность в суперкислотах. Впервые он был получен в 1950 году и опубликован в 1952 году Виктором Тальрозе и его помощницей Анной Константиновной Любимовой. [2] [3] Он встречается как промежуточная разновидность в химических реакциях.

Ион метания назван в честь метана ( CH4 ) по аналогии с происхождением иона аммония ( NH+4) из аммиака ( NH 3 ).

Структура

Флюкционный метан можно визуализировать как CH+3 ион карбения с молекулой водорода, взаимодействующей с пустой орбиталью в связи 3-центра-2-электрона . Связывающая электронная пара в молекуле H 2 делится между двумя атомами водорода и одним атомом углерода, образуя связь 3-центра-2-электрона. [4]

Два атома водорода в молекуле H 2 могут непрерывно обмениваться позициями с тремя атомами водорода в молекуле CH+3ион (изменение конформации, называемое псевдовращением , в частности механизм Берри ). Поэтому ион метания считается флюксионной молекулой . Энергетический барьер для обмена довольно низок и происходит даже при очень низких температурах. [5] [6]

Инфракрасная спектроскопия использовалась для получения информации о различных конформациях иона метания. [7] [8] [9] ИК-спектр простого метана имеет две полосы CH от симметричного и асимметричного растяжения около 3000 см −1 и две полосы около 1400 см −1 от симметричных и асимметричных изгибных колебаний. В спектре CH+5Присутствуют три асимметричных валентных колебания около 2800–3000 см −1 , колебательное колебание при 1300 см −1 и изгибное колебание при 1100–1300 см −1 .

Подготовка

Метан может быть получен из метана под действием очень сильных кислот, таких как фторосурьмяная кислота ( пентафторид сурьмы SbF5 во фтористом водороде HF). [10]

При давлении около 270 Па и температуре окружающей среды ион метана CH+4будет реагировать с нейтральным метаном с образованием метания и метильного радикала : [11]

Ч.+4+ СН 4 → СН+5+ Гл 3 •

Ион метания также может быть получен в газовой фазе посредством реакции метана и иона H + (т.е. протона). [ необходима цитата ]

СН4 + Н + (г) → СН+5

Стабильность и реакции

Катионы, полученные в результате реакции метана с SbF 5 + HF , в том числе метан, стабилизируются за счет взаимодействия с молекулами HF.

При низких давлениях (около 1 мм рт. ст.) и температурах окружающей среды метан не реагирует с нейтральным метаном. [11]

Дальнейшее чтение

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Химия, Международный союз теоретической и прикладной химии (2009). "карбониевый ион". Сборник химических терминов ИЮПАК . ИЮПАК. doi :10.1351/goldbook.C00839. ISBN 978-0-9678550-9-7. Получено 27 ноября 2018 г.
  2. ^ В. Л. Талроуз, А. К. Любимова, Докл. Акад. Наук СССР 86, 909-912 (1952) (Тальрозе, В. Л., А. К. Любимова. Вторичные процессы в ионном источнике масс-спектрометра. ДАН СССР 86 (1952): 909-912).
  3. ^ Николаев, Евгений (1998). "Виктор Талроуз: признание". Журнал масс-спектрометрии . 33 (6): 499–501. Bibcode :1998JMSp...33..499N. doi : 10.1002/(SICI)1096-9888(199806)33:6<499::AID-JMS684>3.0.CO;2-C . ISSN  1076-5174.
  4. ^ Расул, Голам; Пракаш, Г.К. Сурья; Олах, Джордж А. (2011). «Сравнительное исследование гиперкоординированных ионов карбония и их аналогов бора: задача для спектроскопистов». Chemical Physics Letters . 517 (1–3): 1–8. Bibcode : 2011CPL...517....1R. doi : 10.1016/j.cplett.2011.10.020.
  5. ^ Шрайнер, Питер Р.; Ким, Сын Джун; Шефер, Генри Ф.; фон Раге Шлейер, Пол (1993). " Ч. +
    5    : Бесконечная история или последнее слово?". Журнал химической физики . 99 (5): 3716–3720. doi :10.1063/1.466147.
  6. ^ Мюллер, Хендрик; Кутцельнигг, Вернер; Нога, Йозеф; Клоппер, Вим (1997). "CH5+: История продолжается. Исследование явно коррелированных связанных кластеров". Журнал химической физики . 106 (5): 1863. Bibcode : 1997JChPh.106.1863M. doi : 10.1063/1.473340.
  7. ^ Уайт, Эдмунд Т.; Тан, Цзянь; Ока, Такеши (1999). " CH +
    5    : Наблюдаемый инфракрасный спектр". Science . 284 (5411): 135–7. Bibcode :1999Sci...284..135W. doi :10.1126/science.284.5411.135. PMID  10102811.
  8. ^ Оскар Асвани, Падма Кумар П; Редлих, Бритта; Хегеманн, Илька; Шлеммер, Стефан; Маркс, Доминик (2005). «Понимание инфракрасного спектра голого CH + 5». Наука . 309 (5738): 1219–1222. Бибкод : 2005Sci...309.1219A. дои : 10.1126/science.1113729 . PMID  15994376. S2CID  28745636.
  9. ^ Хуан, Синьчуань; Маккой, Энн Б.; Боуман, Джоэл М .; Джонсон, Линдси М.; Сэвидж, Чандра; Донг, Фэн; Несбитт, Дэвид Дж. (2006). «Квантовая деконструкция инфракрасного спектра CH+5». Science . 311 (5757): 60–63. Bibcode :2006Sci...311...60H. doi :10.1126/science.1121166. PMID  16400143. S2CID  26158108.
  10. ^ Sommer, J.; Jost, R. (2000). «Ионы карбения и карбония в жидкой и твердой суперкислотной катализируемой активации малых алканов» (PDF) . Pure and Applied Chemistry . 72 (12): 2309–2318. doi :10.1351/pac200072122309. S2CID  46627813.
  11. ^ ab Field, FH; Munson, MSB (1965). «Реакции газообразных ионов. XIV. Масс-спектрометрические исследования метана при давлениях до 2 Торр». Журнал Американского химического общества . 87 (15): 3289–3294. doi :10.1021/ja01093a001.