В химии , ethanium или протонированного этана является высокой реакционной способностью положительных ионов с формулой C
2ЧАС+
7. Его можно описать как молекулу этана ( C
2ЧАС
6) с одним дополнительным протоном ( ядром водорода ), что дает 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] Легко диссоциирует на этений C
2ЧАС+
5и молекулярный водород H
2.
Производство [ править ]
Впервые этан был обнаружен с помощью инфракрасной спектроскопии среди ионов, образовавшихся в результате электрических разрядов в разреженном метане или этановом газе. [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 метания и метения . Первые быстро переводят свой протон в этан:
- CH+
5+ C
2ЧАС
6→ CH
4+ C
2ЧАС+
7
Последняя реакция наблюдается и при СН+
5, N
2ОЙ+
или HCO+
ионы вводятся в этан при несколько более низком давлении. [3]
Стабильность и реакции [ править ]
При температуре около 1 мм рт. Ст. И температуре 30 ° C этан очень медленно диссоциирует на этений и H
2через энергетический барьер около 10 ккал / моль ; разложение происходит значительно быстрее при 92 ° C. [2] [3] Разложение было заявлено как почти атермическое, но с 8 ккал / моль свободной энергии из-за увеличения энтропии. [4]
Структура [ править ]
Как и его «ненасыщенные» родственники этений и этиний С
2ЧАС+
3Предполагалось, 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 . Альтернативная «классическая» структура будет иметь заряд и дополнительный водород, связанный только с одним из двух атомов, то есть с метилированным ионом метания.
Более ранние расчеты предсказывали, что энергии двух форм должны быть на 4-12 ккал / моль ниже, чем диссоциированное состояние C
2ЧАС+
5+ H
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, чем у классической. [1]
Уточненные расчеты Obata и Hirao (1993) предсказывают, что наиболее стабильная форма имеет три ортогональные плоскости симметрии (C 2 v ) с двумя CH
3подгруппы в затменной конфигурации (в отличие от этана, основное состояние которого имеет шахматную конфигурацию ). Четыре «нижних» атома H лежат на плоскости, противоположной мостиковому атому H и двум другим «верхним» атомам H. Приблизительные рассчитанные расстояния: C – C 0,211 нм , C – H 0,124 нм (мостик), 0,107 нм (внизу) и 0,108 нм (вверху); угол C – H – C на мосту составляет около 116 градусов, углы H – C – H - 116 градусов (снизу-снизу) и 114 градусов (снизу-вверх). Однако есть и другие конфигурации с почти минимальной энергией, в том числе та, в которой два CH
3подгруппы слегка разнесены (с симметрией C s ), другая, где один из атомов углерода C
2ЧАС+
5ион слабо связан с H
2молекула на расстоянии 0,250 нм. [5]
См. Также [ править ]
- Двухпротонированный этан C
2ЧАС2+
8 [6]
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e Л. И. Йе, Дж. М. Прайс и Ю. Т. Ли (1989), "Инфракрасная спектроскопия пентакоординированного иона карбония C
2ЧАС+
7". Журнал Американского химического общества, том 111, страницы 5591-5604. Doi : 10.1021 / ja00197a015 - ^ a b Маргарет Френч и Поль Кебарль (1975), "Пиролиз C
2ЧАС+
7и другие ионно-молекулярные реакции в метане, содержащем следы этана ». Canadian Journal of Chemistry, том 53, страницы 2268-2274. doi : 10.1139 / v75-318 - ^ a b GI Mackay, HI Schiff, DK Bohme (1981), «Исследование кинетики и энергии протонирования этана при комнатной температуре» Canadian Journal of Chemistry, том 59, выпуск 12, страницы 1771-1778. DOI : 10,1139 / v81-265
- ^ Шуанг-Линг Чонг и Дж. Л. Франклин (1972), «Теплота образования протонированного циклопропана, метилциклопропана и этана». Журнал Американского химического общества, том 94, выпуск 18, страницы 6347–6351. DOI : 10.1021 / ja00773a016
- ^ Сигеки Обата и Кимихико Хирао (1993), "Анализ структуры и колебаний протонированного этана C"
2ЧАС+
7", Бюллетень химического общества Японии, том 66, выпуск 11, страницы 3271-3282 doi : 10.1246 / bcsj.66.3271 - ^ Кооп Lammertsma, Джордж А. Олы, Марио Barzaghi, Массимо Симонетта (1972), «Теплота образования протонированного циклопропана, метилциклопропан, и этана». Журнал Американского химического общества, том 94, выпуск 18, страницы 6347–6351 doi : 10.1021 / ja00773a016
