Etanium
Inom kemin är etan eller protonerad etan en mycket reaktiv positiv jon med formeln C
2 H
+ 7 . Det kan beskrivas som en molekyl av etan ( C
2 H
6 ) med en extra proton ( vätekärna ) , som ger den en +1 elektrisk laddning .
Etanium är en av de enklaste karboniumjonerna (efter metan CH
+ 5 ). Den upptäcktes först som en förtärnad gas 1960 av S. Wexler och N. Jesse. Det dissocierar lätt till etenium C
2 H
+ 5 och molekylärt väte H
2 .
Produktion
Etanium upptäcktes först med infraröd spektroskopi bland de joner som produceras av elektriska urladdningar i förtärd metangas eller etangas.
Etan kan också framställas genom att bestråla metan som innehåller spår av etan med en elektronstråle vid lågt tryck (ca 2 mmHg ). Elektronstrålen skapar först metan- och meteniumjoner . De förra överför snabbt sin proton till etan:
-
CH
+ 5 + C2H6
_ _
_ → CH4
_ +
_ _ C2H
+ 7
Den senare reaktionen observeras också när CH
+ 5 , N
2 OH +
eller HCO +
joner injiceras i etan vid något lägre tryck.
Stabilitet och reaktioner
Vid cirka 1 mmHg och 30 °C dissocierar etan mycket långsamt till etenium och H
2 , över en energibarriär på cirka 10 kcal / mol ; nedbrytningen går betydligt snabbare vid 92 °C. Nedbrytningen har hävdats vara nästan atermisk men med 8 kcal/mol fri energi på grund av ökad entropi.
Strukturera
Liksom sina "omättade" släktingar etenium och etyn C
2 H
+ 3 antogs etanjonen ha (åtminstone tillfälligt) en proton bunden samtidigt till de två kolatomerna , och den elektriska laddningen jämnt spridd mellan dem, som i andra icke -klassiska joner . Den alternativa "klassiska" strukturen skulle ha laddningen och det extra vätet bundna till endast en av de två atomerna, dvs en metylerad metaniumjon.
Tidigare beräkningar hade förutspått att energierna för de två formerna skulle vara 4 till 12 kcal/mol lägre än det dissocierade tillståndet C
2 H
+ 5 + H
2 , och de borde separeras av en något positiv energibarriär. Gasfas infraröd spektroskopi av Yeh och andra (1989) har visat att båda formerna är stabila. Den överbryggade strukturen har den lägsta energin , 4 till 8 kcal/mol lägre än den klassiska.
Förfinade beräkningar av Obata och Hirao (1993) förutspår att den mest stabila formen har tre ortogonala symmetriplan (C 2 v ) med de två CH
3 -undergrupperna i den förmörkade konfigurationen (till skillnad från etan, vars grundtillstånd har den förskjutna konfigurationen). Fyra "botten" H-atomer ligger på ett plan mitt emot den överbryggande H-atomen och de andra två "översta" H-atomerna. De ungefärliga beräknade avstånden är C–C 0,211 nm , C–H 0,124 nm (brygga), 0,107 nm (botten) och 0,108 nm (överst); C–H–C-vinkeln vid bron är cirka 116 grader, H–C–H-vinklarna är 116 grader (botten-botten) och 114 grader (bottom-top). Det finns dock andra konfigurationer med nästan minimal energi, inklusive en där de två CH
3- undergrupperna är något förskjutna (med C s- symmetri), en annan där ett av kolen i en C
2 H
+ 5 -jon är löst bundet till en H
2 molekyler 0,250 nm bort.
Se även
- Dubbelt protonerad etan C
2 H
2+ 8
-
^ a b c d e LI Yeh, JM Price och YT Lee (
. 1989 C2H
+ 7 ), "Infraröd spektroskopi av den pentakoordinerade karboniumjonen " Journal of the American Chemical Society, volym 111, sidorna 5591-5604. doi : 10.1021/ja00197a015 -
^ a b
Margaret French och Paul Kebarle (1975), "Pyrolys av C
2 H
+ 7 och andra jon-molekylreaktioner i metan som innehåller spår av etan". Canadian Journal of Chemistry, volym 53, sid 2268-2274. doi : 10.1139/v75-318 - ^ a b GI Mackay, HI Schiff, DK Bohme (1981), "En rumstemperaturstudie av kinetiken och energin för protoneringen av etan" Canadian Journal of Chemistry, volym 59, nummer 12, sidorna 1771-1778. doi : 10.1139/v81-265
- ^ Shuang-Ling Chong och JL Franklin (1972), "Värmar av bildning av protonerad cyklopropan, metylcyklopropan och etan". Journal of the American Chemical Society, volym 94, nummer 18, sidorna 6347–6351. doi : 10.1021/ja00773a016
-
^
Shigeki Obata och Kimihiko Hirao (1993), "Structure and Vibrational Analysis of Protonated Ethane C
2 H
+ 7 ", Bulletin of the Chemical Society of Japan volym 66, nummer 11, sid 3271-3282 doi : 10.1246.bcsj. - ^ Koop Lammertsma, George A. Olah, Mario Barzaghi, Massimo Simonetta (1972), "Värmar av bildning av protonerad cyklopropan, metylcyklopropan och etan". Journal of the American Chemical Society, volym 94, nummer 18, sid 6347–6351 doi : 10.1021/ja00773a016