Karboransyre



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Karboransyre er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Karboransyre som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Karboransyre som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Karboransyre, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Karboransyre, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Karboransyre. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

Karbarsyrer H [CXB 11 Y 5 Z 6 ]
Carborane-acid-3D-balls.png
Ball-and-stick-modell av [CHB 11 Cl 11 ] - . (Sur proton vises ikke).

Fargevalg:
hydrogen - hvit,
klor - grønn,
bor - rosa,
karbon - svart.
Identifikatorer
3D -modell ( JSmol )
  • InChI = 1S/CHB11Cl11.H/c13-2-1-3 (2,14) 5 (1,16) 6 (1,17) 4 (1,2,15) 8 (2,19) 7 (2, 3,18) 9 (3,5,20) 11 (5,6,22) 10 (4,6,8,21) 12 (7,8,9,11) 23;/h1H;
    Nøkkel: HUAJRBVWWAXTQN-UHFFFAOYSA-N
  • [H]. [CH] 1234 [B] ([Cl]) 56%10 [B] ([Cl]) 17%11 [B] ([Cl]) 28%12 [B] ([Cl]) 39 %13 [B] ([Cl]) 415 [B] ([Cl]) 620 [B] ([Cl]) 37%10 [B] ([Cl]) 48%11 [B] ([Cl]) 59%12 [B] ([Cl]) 01%13 [B] ([Cl]) 2345
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Infobox -referanser

Karboransyrer H (CXB
11
Y
5
Z
6
)
(X, Y, Z = H, Alk, F, Cl, Br, CF 3 ) er en klasse med superacids , hvorav noen er estimert til å være minst en million ganger sterkere enn 100% ren svovelsyre når det gjelder deres Hammett surhetsfunksjonsverdier ( H 0 18) og har beregnede p K a -verdier godt under 20, og etablerer dem som noen av de sterkeste kjente Brønsted -syrene. Det mest godt studerte eksemplet er det sterkt klorerte derivatet H (CHB
11
Cl
11
)
. Surheten til H (CHB
11
Cl
11
)
ble funnet å overgå mye til triflinsyre , CF
3

3
H
og bistriflimid , (CF
3

2
)
2
NH
, forbindelser som tidligere ble sett på som de sterkeste isolerbare syrene.

Deres høye surhet stammer fra den omfattende delokaliseringen av konjugerte baser, karboranatanioner (CXB 11 Y 5 Z 6 - ), som vanligvis stabiliseres ytterligere av elektronegative grupper som Cl, F og CF 3 . På grunn av mangel på oksiderende egenskaper og den eksepsjonelt lave nukleofilisiteten og høye stabiliteten til deres konjugerte baser, er de de eneste supersyrene som er kjent for å protonere C 60 fulleren uten å dekomponere den. Dessuten danner de stabile, isolerbare salter med protonert benzen , C 6 H 7 + , moderforbindelsen med den Wheland mellomproduktene som oppstår i elektrofile aromatiske substitusjonsreaksjoner.

Den fluorerte karboransyren, H (CHB
11
F
11
)
, er enda sterkere enn klorert karboransyre. Det er i stand til å protonere butan for å danne tert -butylkation ved romtemperatur og er den eneste kjente syren som protonerer karbondioksid for å gi den brokaterte kationen, [H (CO
2
)
2
]+
, noe som gjør den muligens til den sterkeste kjente syren. Spesielt gjennomgår ikke CO 2 observerbar protonasjon når den behandles med de blandede supersyrene HF-SbF 5 eller HSO 3 F-SbF 5 .

Som en klasse danner karboransyrene den mest sure gruppen av veldefinerte, isolerbare stoffer som er kjent, langt mer sure enn tidligere kjente enkomponente sterke syrer som triflinsyre eller perklorsyre . I visse tilfeller, i likhet med de nesten perhalogenerte derivatene nevnt ovenfor, konkurrerer deres surhet med (og muligens overstiger) de av de tradisjonelle blandede Lewis-Brønsted-supersyrene som magisk syre og fluorantimonsyre . (Imidlertid har en head-to-head sammenligning hittil ikke vært mulig på grunn av mangel på et surhetsmål som er egnet for begge syreklassene: p K a- verdiene er dårlig definerte for de kjemisk komplekse blandede syrene mens H 0 -verdier kan ikke måles for de meget høye smeltende karboransyrene).

Surhet

Styrken til en Brønsted-Lowry-syre tilsvarer dens evne til å frigjøre et hydrogenion. Et vanlig mål på syrestyrke for konsentrerte, superacidiske flytende medier er Hammett surhetsfunksjon, H 0 . Basert på dens evne til kvantitativt å protonere benzen, ble den klorerte karboransyren H (CHB
11
Cl
11
)
Ble forsiktig anslag for å ha en H- 0- verdi ved eller under -18, som fører til den felles påstanden om at karboranholdige syrer er minst en million ganger sterkere enn 100% svovelsyre ( H 0 = -12). Men siden H 0 verdi måler protoneringsmiddel evne av et flytende medium, den krystallinske og høytsmeltende natur av disse syrer utelukker direkte måling av denne parameteren. Når det gjelder
p K a , et litt annet mål på surhet definert som evnen til et gitt oppløst stoff til å gjennomgå ionisering i et løsningsmiddel, er karboransyrer anslått å ha p K a verdier under -20, selv uten elektronuttakende substituenter på boratomer (f.eks. H (CHB
11
H
11
)
anslås å ha ap K a på 24), med den (ennå ukjente) fullt fluorerte analoge H (CB
11
F
12
) som
har en beregnet p K a på -46. Den kjente syren H (CHB
11
F
11
)
med en færre fluor forventes å være bare litt svakere (p K a <40).

I gassfasen er H (CHB
11
F
11
)
har en beregnet surhet på 216 kcal/mol, sammenlignet med en eksperimentelt bestemt surhet på 241 kcal/mol (i rimelig samsvar med den beregnede verdien på 230 kcal/mol) for H (CHB
11
Cl
11
)
. I kontrast har HSbF 6 (en forenklet modell for protondonerende arter i fluorantimonsyre ) en beregnet surhetsgrad på gassfasen på 255 kcal/mol, mens den tidligere eksperimentelt bestemte rekordholderen var (C 4 F 9 SO 2 ) 2 NH, a kongener av bistriflimid , ved 291 kcal/mol. Således er H (CHB
11
F
11
)
er sannsynligvis det mest sure stoffet så langt syntetisert i bulk, når det gjelder gassfasens surhet. På grunn av sin unike reaktivitet, er det også en sterk utfordrer for å være det mest sure stoffet i den kondenserte fasen (se ovenfor). Noen enda sterkere sure derivater er blitt spådd, med gassfasesyrer <200 kcal/mol.

Karboransyrer skiller seg fra klassiske supersyrer ved å være veldefinerte enkomponentstoffer. I kontrast er klassiske supersyrer ofte blandinger av en Brønsted -syre og Lewis -syre (f.eks. HF/SbF 5 ). Til tross for at den er den sterkeste syren, beskrives de borbaserte karboransyrene som "milde", rent protonerende svakt basiske stoffer uten ytterligere sidreaksjoner. Mens konvensjonelle supersyrer nedbryter fullerener på grunn av deres sterkt oksiderende Lewis -sure komponent, har karboransyre evnen til å protonere fullerener ved romtemperatur for å gi et isolerbart salt. Videre er anionen som dannes som et resultat av protonoverføring nesten helt inert. Denne egenskapen er det som gjør karboransyrene til de eneste stoffene som kan sammenlignes i surhet med de blandede supersyrene som også kan lagres i en glassflaske, ettersom forskjellige fluor-donerende arter (som angriper glass) ikke er tilstede eller genereres.

Historie

Karborsyre ble først oppdaget og syntetisert av professor Christopher Reed og hans kolleger i 2004 ved University of California, Riverside. Før oppdagelsen av karboransyre ble den mangeårige opptegnelsen over "sterkeste syrer som enkeltisolerbare forbindelser" holdt av de to supersyrene, fluorsulfonsyre og trifluormetansulfonsyre, med p K a s på henholdsvis 14 og 16. Modermolekylet som karboransyre er avledet fra, et icosahedral karboranat -anion, HCB
11
H-
11
, ble først syntetisert på DuPont i 1967 av Walter Knoth. Forskning på dette molekylets egenskaper ble satt på pause til midten av 1980 -tallet da den tsjekkiske gruppen borforskere, Pleek, tíbr og Hemánek forbedret prosessen for halogenering av karboranmolekyler. Disse funnene var medvirkende til å utvikle den nåværende prosedyren for karboransyresyntese. Prosessen består av behandling av Cs + [HCB 11 H 11 ] - med SO
2
Cl
2
, tilbakeløpskokning under tørt argon for å fullstendig klorere molekylet som gir karboransyre, men dette har vist seg å klorere fullstendig bare under utvalgte betingelser.

I 2010 publiserte Reed en guide som gir detaljerte prosedyrer for syntese av karboransyrer og deres derivater. Likevel forblir syntesen av karboransyrer lang og vanskelig og krever en godt vedlikeholdt hanskerom og noe spesialisert utstyr. Utgangsmaterialet er kommersielt tilgjengelig decaborane (14) , et svært giftig stoff. Den mest godt studerte karboransyren H (CHB
11
Cl
11
)
er utarbeidet i 13 trinn. De siste trinnene er spesielt følsomme og krever en hanskerommet på <1 ppm H 2 O uten svakt basiske løsningsmiddeldamp, siden baser så svak som benzen eller diklormetan vil reagere med karboranholdige baserte elektrofiler og Brønsted-syrer. Det siste trinnet i syntesen er metatesen av -hydridodisilylium-karboranatsaltet med overflødig væske, vannfritt hydrogenklorid, antagelig drevet av dannelsen av sterke Si-Cl- og H-H-bindinger i de flyktige biproduktene:

[Et 3 Si H SiEt 3 ] + [HCB 11 Cl 11 ] - + 2HCl H (CHB
11
Cl
11
)
+ 2ET 3 SiCl + H 2

Produktet ble isolert ved fordampning av biproduktene og var preget av dets infrarøde ( CH = 3023 cm 1 ) og kjernemagnetisk resonans ( 4,55 (s, 1H, CH), 20,4 (s, 1H, H + ) i væske SO 2 ) spektre (merk det ekstremt nedkjemiske kjemiske skiftet til det sure protonet). Selv om reaksjonene som brukes i syntesen er analoge, oppnås en ren prøve av det mer sure H (CHB
11
F
11
)
viste seg å være enda vanskeligere, og krever ekstremt strenge prosedyrer for å utelukke spor av svakt grunnleggende urenheter.

Struktur

Karbansyre består av 11 boratomer; hvert boratom er bundet til et kloratom. Kloratomene tjener til å øke surheten og fungere som skjold mot angrep utenfra på grunn av den steriske hindringen de danner rundt klyngen. Klyngen, som består av de 11 borene, 11 klorene og et enkelt karbonatom, er parret med et hydrogenatom, bundet til karbonatomet. Bor- og karbonatomene får lov til å danne seks bindinger på grunn av borens evne til å danne tresenter, to-elektronbindinger.

Selv om strukturen til karboransyren skiller seg sterkt fra konvensjonelle syrer, fordeler både ladning og stabilitet på lignende måte. Karboranatanionen fordeler ladningen ved å delokalisere elektronene gjennom de 12 buratomene. Dette ble vist i en enkelt krystall røntgendiffraksjonsstudie som avslørte forkortede bindingslengder i den heterocykliske delen av ringen, noe som tyder på elektronisk delokalisering.

Den klorerte karbaclosoen -utvikler anionen HCB
11
Cl-
11
er en enestående stabil anion med det som tidligere har blitt beskrevet som "substitusjonelt inerte" B Cl -hjørner.

Descriptor closo indikerer at molekylet formelt er avledet (ved B-til-C + erstatning) fra en boran av støkiometri og ladning [B n H n ] 2 ( n = 12 for kjente karboransyrer). Den cagelike strukturen dannet av de 11 boratomene og 1 karbonatomet tillater elektronene å bli sterkt delokalisert gjennom 3D-buret (den spesielle stabiliseringen av karboransystemet har blitt kalt "-aromaticity"), og den høye energien som kreves for å forstyrre Borklyngedelen av molekylet er det som gir anionen sin bemerkelsesverdige stabilitet. Fordi anionen er ekstremt stabil, vil den ikke oppføre seg som en nukleofil mot det protonerte substratet, mens selve syren er fullstendig ikke-oksiderende, i motsetning til Lewis-sure komponenter i mange superacider som antimonpentafluorid. Følgelige molekyler som C 60 kan derfor protoneres uten dekomponering.

Bruk

Det er mange foreslåtte applikasjoner for de borbaserte karboransyrene. For eksempel har de blitt foreslått som katalysatorer for hydrokarbonsprekking og isomerisering av n -alkaner for å danne forgrenede isoalkaner ("isooctane", for eksempel). Karborsyrer kan også brukes som sterke, selektive Brønsted -syrer for fin kjemisk syntese, der den lave nukleofilisiteten til motanionen kan være fordelaktig. I mekanistisk organisk kjemi kan de brukes i studiet av reaktive kationiske mellomprodukter. Ved uorganisk syntese kan deres surhet uten sidestykke tillate isolering av eksotiske arter som salter av protonert xenon.

Referanser

Eksterne linker

Opiniones de nuestros usuarios

Anne Vold

Jeg synes måten denne oppføringen på Karboransyre er formulert på veldig interessant, den minner meg om skoleårene mine. Hvilke vakre tider, takk for at du tok meg tilbake til dem.

Egil Fjeld

Informasjonen som gis om Karboransyre er sann og veldig nyttig. Bra.

Siri Gundersen

Jeg trodde jeg allerede visste alt om Karboransyre, men i denne artikkelen har jeg bekreftet at enkelte detaljer som jeg syntes var gode ikke var så gode. Takk for informasjonen.

Lasse Gabrielsen

Endelig! Nå for tiden ser det ut til at hvis de ikke skriver artikler på ti tusen ord, er de ikke fornøyde. Herrer innholdsforfattere, dette JA er en god artikkel om Karboransyre.