Противоион

Ион, который отрицает другой противоположно заряженный ион в ионной молекуле.

Полистиролсульфонат , катионообменная смола , обычно поставляется с Na ⁺ в качестве противоиона.

В химии противоион (иногда пишется как « противоион », произносится как таковой) — это ион , который сопровождает ионную разновидность , чтобы поддерживать электрическую нейтральность. В поваренной соли (NaCl, также известной как хлорид натрия) ион натрия (положительно заряженный) является противоионом иона хлорида (отрицательно заряженного) и наоборот.

Противоион чаще называют анионом или катионом , в зависимости от того, заряжен он отрицательно или положительно. Таким образом, противоионом аниона будет катион, и наоборот.

В биохимии противоионы обычно имеют расплывчатое определение. В зависимости от заряда белки связаны с множеством более мелких анионов и катионов. В растительных клетках анион малат часто накапливается в вакуоли , снижая водный потенциал и стимулируя расширение клеток. Для сохранения нейтральности ионы К ⁺ часто аккумулируются в виде противоиона. Проникновение ионов через гидрофобные клеточные стенки опосредовано ионно-транспортными каналами . Нуклеиновые кислоты анионные, соответствующие катионы часто представляют собой протонированные полиамины .

Межфазная химия

Противоионы — это подвижные ионы в ионообменных полимерах и коллоидах . ^[1] Ионообменные смолы представляют собой полимеры с суммарным отрицательным или положительным зарядом. Катионообменные смолы состоят из анионного полимера с противокатионами, обычно Na + (натрий). Смола имеет более высокое сродство к сильно заряженным противокатионам, например к Ca ²⁺ (кальцию) в случае умягчения воды . Соответственно, анионообменные смолы обычно поставляются в форме хлорида Cl - , который представляет собой высокоподвижный противоанион.

Противоионы используются в катализе фазового переноса . В типичном применении липофильный противокатион, такой как бензалконий, солюбилизирует реагенты в органических растворителях.

Химический раствор

Растворимость солей в органических растворителях зависит как от катиона, так и от аниона. Растворимость катионов в органических растворителях может быть повышена, если анион является липофильным. Аналогичным образом растворимость анионов в органических растворителях повышается за счет липофильных катионов. Наиболее распространенными липофильными катионами являются катионы четвертичного аммония , называемые «четвертичными солями».

• Липофильные противоанионы
• 
  Тетракис(пентафторфенил)борат лития представляет собой литиевую соль высоколипофильного тетраарилборатного аниона, часто называемого слабокоординирующим анионом . ^[2]
• 
  Тетрафенилборат менее липофильен, чем перфторированное производное, но широко используется в качестве осаждающего агента.
• 
  Гексафторфосфат — обычный слабокоординирующий анион .
• 
  Как показано на примере небольшого тетрафторбората противоаниона ( BF⁻
  ₄), липофильные катионы имеют тенденцию быть симметричными и однозарядными.

• Липофильные противокатионы
• 
  Хлорид бис(трифенилфосфин)иминия представляет собой хлоридную соль объемистого липофильного фосфониевого катиона [Ph ₃ PNPPH ₃ ] ⁺ .
• 
  Хлорид тетрафенилфосфония (C ₆ H ₅ ) ₄ PCl, сокращенно Ph ₄ PCl или PPh ₄ Cl — хлорид симметричного катиона фосфония, который часто используется в металлоорганической химии . Соль арсония также хорошо известна.
• 
  Бромидная соль тетрабутиламмония , один из наиболее распространенных противокатионов. Известно множество аналогичных «четвертичных солей».
• 
  Катионы щелочных металлов, связанные краун-эфирами, являются обычными липофильными противокатионами, как показано на примере [Li(12-краун-4) ₂ ] ⁺ .

Многие катионные металлоорганические комплексы выделяются с инертными некоординирующими противоионами. Тетрафторборат ферроцения является одним из таких примеров.

Электрохимия

Для достижения высокой ионной проводимости электрохимические измерения проводятся в присутствии избытка электролита. В воде электролитом часто является простая соль, например хлорид калия . Для измерений в неводных растворах используют соли, состоящие как из липофильных катионов, так и из анионов, например гексафторфосфат тетрабутиламмония . Даже в таких случаях на потенциалы влияет образование ионных пар , эффект, который усиливается в растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью . ^[3]

Стабильность противоиона

Во многих случаях противоион просто обеспечивает заряд и липофильность, что позволяет манипулировать его ионом-партнером. Ожидается, что противоион будет химически инертен. Для контранионов инертность выражается в низкой основности по Льюису . Противоионы в идеале прочные и нереакционноспособные. Для четвертичных противокатионов аммония и фосфония инертность связана с их устойчивостью к деградации сильными основаниями и сильными нуклеофилами.

Рекомендации

1. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Противоионы». дои :10.1351/goldbook.C01371
2. И. Кроссинг и И. Раабе (2004). «Некоординирующие анионы - факт или вымысел? Обзор вероятных кандидатов». Angewandte Chemie, международное издание . 43 (16): 2066–2090. дои : 10.1002/anie.200300620. ПМИД  15083452.
3. Гейгер, В.Е., Барьер, Ф., «Металлоорганическая электрохимия на основе электролитов, содержащих слабокоординирующие фторарилборатные анионы», Acc. хим. Рез. 2010, 43, 1030. doi :10.1021/ar1000023