Противоион

Ион, который нейтрализует 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 ионный вид для поддержания электрической нейтральности. В поваренной соли (NaCl, также известной как хлорид натрия) ион натрия (положительно заряженный) является противоионом для иона хлорида (отрицательно заряженного) и наоборот.

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

В биохимии противоионы, как правило, нечетко определены. В зависимости от заряда белки связаны с различными более мелкими анионами и катионами. В растительных клетках анион малат часто накапливается в вакуоли , чтобы снизить водный потенциал и стимулировать расширение клетки. Для поддержания нейтральности ионы K ⁺ часто накапливаются в качестве противоиона. Проникновение ионов через гидрофобные клеточные стенки опосредуется ионными транспортными каналами . Нуклеиновые кислоты являются анионными, соответствующие катионы часто являются протонированными полиаминами .

Химия межфазных соединений

Противоионы — это подвижные ионы в ионообменных полимерах и коллоидах . ^[1] Ионообменные смолы — это полимеры с чистым отрицательным или положительным зарядом. Катионообменные смолы состоят из анионного полимера с противокатионами, обычно Na + (натрий). Смола имеет более высокое сродство к высокозаряженным противокатионам, например, Ca ²⁺ (кальций) в случае смягчения воды . Соответственно, анионообменные смолы обычно поставляются в форме хлорида Cl − , который является высокомобильным противоанионом.

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

Химия растворов

Растворимость солей в органических растворителях является функцией как катиона, так и аниона. Растворимость катионов в органических растворителях может быть повышена, если анион липофилен. Аналогично, растворимость анионов в органических растворителях повышается с липофильными катионами. Наиболее распространенными липофильными катионами являются четвертичные аммониевые катионы , называемые «кватсолями».

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

• Липофильные контркатионы
• 
  Хлорид бис(трифенилфосфин)иминия представляет собой хлоридную соль объемного липофильного катиона фосфония [Ph ₃ PNPPh ₃ ] ⁺ .
• 
  Тетрафенилфосфонийхлорид (C ₆ H ₅ ) ₄ PCl, сокращенно Ph ₄ PCl или PPh ₄ Cl — это хлорид симметричного катиона фосфония, который часто используется в металлоорганической химии . Соль арсония также хорошо известна.
• 
  Бромидная соль тетрабутиламмония , один из самых распространенных контркатионов. Известно много аналогичных «кватосолей».
• 
  Катионы щелочных металлов, связанные краун-эфирами, являются обычными липофильными противокатионами, как показано на примере [Li(12-краун-4) ₂ ] ⁺ .

Многие катионные металлоорганические комплексы изолированы 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, такая как хлорид калия . Для измерений в неводных растворах используются соли, состоящие как из липофильных катионов, так и анионов, например, гексафторфосфат тетрабутиламмония . Даже в таких случаях на потенциалы влияет ионное спаривание , эффект, который усиливается в растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью . ^[3]

Стабильность противоиона

Для многих приложений противоион просто обеспечивает заряд и липофильность, что позволяет манипулировать его партнерским ионом. Ожидается, что противоион будет химически инертным. Для противоанионов инертность выражается в терминах низкой льюисовской основности . Противоионы идеально прочны и нереакционноспособны. Для четвертичных аммониевых и фосфониевых противокатионов инертность связана с их устойчивостью к деградации сильными основаниями и сильными нуклеофилами.

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «противоионы». doi :10.1351/goldbook.C01371
2. I. Krossing и I. Raabe (2004). «Некоординирующие анионы — факт или вымысел? Обзор вероятных кандидатов». Angewandte Chemie International Edition . 43 (16): 2066–2090. doi :10.1002/anie.200300620. PMID  15083452.
3. Гейгер, В. Э., Барьер, Ф., «Органометаллическая электрохимия на основе электролитов, содержащих слабокоординирующие анионы фторарилбората», Acc. Chem. Res. 2010, 43, 1030. doi :10.1021/ar1000023