Sihirli asit - Magic acid

Sihirli asit
Magic Acid ChemBox.png
Florosülfürik asit-antimon pentaflorür 1: 1
Tanımlayıcılar
3 boyutlu model (JSmol )
ChemSpider
ECHA Bilgi Kartı100.041.727 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
PubChem Müşteri Kimliği
Özellikleri
HSbF6YANİ3
Molar kütle316,82 g / mol
GörünümSıvı
Tehlikeler
R cümleleri (modası geçmiş)R14 R15 / 29 R16 R17 R18 R19 R26 / 27/28 R30 R31 R32 R33 R34
S-ibareleri (modası geçmiş)S26 S27 S36 / 37/39 S38 S40 S41 S42 S43 S45
Aksi belirtilmedikçe, veriler kendi içlerindeki malzemeler için verilmiştir. standart durum (25 ° C'de [77 ° F], 100 kPa).
☒N Doğrulayın (nedir KontrolY☒N ?)
Bilgi kutusu referansları

Sihirli asit (FSO3H · SbF5) bir süper asit en yaygın olarak 1: 1 molar oranında bir karışımdan oluşur. florosülfürik asit (HSO3F) ve antimon pentaflorür (SbF5). Bu eşlenik Brønsted –Lewis superacid sistemi 1960'larda George Olah laboratuar Case Western Rezerv Üniversitesi ve stabilize etmek için kullanıldı karbokatyonlar ve sıvı ortamda hiper koordine karbonyum iyonları. Sihirli asit ve diğer süperasitler, doymuş hidrokarbonların izomerizasyonunu katalize etmek için de kullanılır ve protonlamak hatta metan, ksenon, halojenler ve moleküler hidrojen gibi zayıf bazlar.[1]

Tarih

"Süper asit" terimi ilk olarak 1927'de James Bryant Conant bulundu perklorik asit protonlanabilir ketonlar ve aldehitler susuz çözelti içinde tuzlar oluşturmak için.[1] Terimin kendisi tarafından icat edildi R. J. Gillespie daha sonra, Conant'ın sülfürik asidi florosülfürik asit ve çözeltinin, tek başına sülfürik asitten birkaç milyon kat daha asidik olduğunu buldu.[2] Sihirli asit sistemi 1960'larda George Olah tarafından geliştirildi ve kararlı karbokatyonları incelemek için kullanılacaktı. Gillespie ayrıca asit sistemini elektron eksikliği olan inorganik katyonlar üretmek için kullandı. İsim, 1966'da bir Noel partisinden sonra, Olah laboratuvarının bir üyesinin bir parafin mumun aside dönüştüğünü ve oldukça hızlı bir şekilde çözündüğünü tespit etti. Çözümün incelenmesi 1H-NMR bir tert-butil katyonu, mumu oluşturan parafin zincirinin yarıldığını ve daha sonra nispeten kararlı üçüncül karbokatyon halinde izomerize edildiğini düşündürür.[3] İsim, Olah laboratuvarı tarafından yayınlanan bir makalede yer aldı.

Özellikleri

Yapısı

HSO'nun 1: 1 molar oranı olmasına rağmen3F ve SbF5 en iyi karbonyum iyonları üretir, sistemin diğer molar oranlardaki etkileri de belgelenmiştir. SbF oranı5: HSO3F 0.2'den küçüktür, aşağıdaki iki denge 19F NMR spektroskopisi, çözümde en belirgindir:

Sihirli asit yapısı

(Bu yapıların her ikisinde de, kükürt düzlemsel değil, dört yüzlü koordinasyona sahiptir. resmi oksijen atomlarında negatif yükler ve sülfürde bir formal artı iki yük. Antimon atomlarının da eksi bir biçimsel yükü olacaktır.)

Yukarıdaki şekilde Denge I NMR verilerinin% 80'ini oluştururken Denge II yaklaşık% 20'sini oluşturur. İki bileşiğin oranı 0,4-1,4'ten arttıkça, yeni NMR sinyalleri ortaya çıkar ve artan SbF konsantrasyonları ile yoğunluğu artar.5. Sıvı sistemin artan viskozitesinden dolayı sinyallerin çözünürlüğü de azalır.[4]

Gücü

% 100 sülfürik asitten daha güçlü tüm proton üreten asitler süperasitler olarak kabul edilir ve düşük değerleri ile karakterize edilir. Hammett asitlik fonksiyonu. Örneğin sülfürik asit, H2YANİ4Hammett asit fonksiyonuna sahiptir, H0, −12, perklorik asit, HClO4Hammett asitlik fonksiyonu −13 ve 1: 1 sihirli asit sistemi HSO3F · SbF5, -23. Floroantimonik asit, bilinen en güçlü süperasitin tahminlere ulaştığına inanılıyor H0 -28'e kadar olan değerler.

Kullanımlar

Kararlı karbokatyon gözlemleri

Sihirli asit, çözelti içindeki karbokatyonların artan stabilitesine izin veren düşük nükleofilikliğe sahiptir. "Klasik" üç değerlikli karbokatyon asit ortamda gözlemlenebilir ve düzlemsel ve sp2melezleştirilmiş. Karbon, yalnızca altı değerlik elektronu ile çevrili olduğundan, elektron eksikliği yüksek ve elektrofiliktir. Tarafından kolayca tanımlanır Lewis nokta yapıları çünkü sadece iki elektronlu, iki karbonlu bağ içerir. Süperasidik solüsyonlarda birçok üçüncül sikloalkil katyonu da oluşturulabilir. Böyle bir örnek, hem siklopentan hem de sikloheksan öncüsünden oluşan 1-metil-1-siklopentil katyonudur. Durumunda sikloheksan siklopentil katyon, ikincil karbokatyonun üçüncül, daha kararlı karbokatyona izomerizasyonundan oluşur. Siklopropilkarbenium iyonları, alkenil katyonları ve arenyum katyonları da gözlenmiştir.

Siklopentil katyon.png

Magic asit sisteminin kullanımı daha yaygın hale geldikçe, daha yüksek koordinatlı karbokatyonlar gözlemlendi. Penta koordinatlı karbokatyonlar, aynı zamanda klasik olmayan iyonlar, yalnızca iki elektronlu, iki merkezli bağlar kullanılarak gösterilemez ve bunun yerine iki elektronlu, üç (veya daha fazla) merkez bağı gerektirir. Bu iyonlarda, iki elektron ikiden fazla atom üzerinde yer değiştirir ve bu bağ merkezlerini, doymuş alkanların elektrofilik reaksiyonlara katılmasına olanak verecek kadar elektron eksikliği yaratır.[1] Hiper koordineli karbokatyonların keşfi, 1950'ler ve 60'ların klasik olmayan iyon tartışmasını körükledi. Yavaş zaman ölçeği nedeniyle 1H-NMR, hidrojen atomları üzerinde hızla dengelenen pozitif yükler muhtemelen tespit edilemeyecektir. Ancak, IR spektroskopisi, Raman spektroskopisi, ve 13C NMR, köprülü karbokatyon sistemlerini araştırmak için kullanılmıştır. Tartışmalı bir katyon olan norbornil katyonu, aralarında Magic asit olmak üzere birçok ortamda gözlenmiştir.[5]

Norbornyl cation.gif

Köprü oluşturan metilen karbon atomu, üç iki elektronlu, iki merkezli bağ ve bir iki elektronlu, üç merkezli bağ ile beş koordinatlıdır.3 orbital. Kuantum mekaniği hesaplamaları, klasik modelin minimum enerji olmadığını da göstermiştir.[5]

Alkanlarla reaksiyonlar

Sihirli asit protonlanma yeteneğine sahiptir Alkanlar. Örneğin, metan reaksiyona girerek CH+
5 140 ° C'de ve atmosferik basınçta iyon, ancak daha büyük moleküler ağırlıklara sahip bazı hidrokarbon iyonları da yan ürünler olarak oluşur. Hidrojen gazı başka bir reaksiyon yan ürünüdür.

FSO'nun huzurunda3FSO yerine D3H, metanın hidrojen atomlarını döteryum atomları için değiştirdiği gösterilmiştir ve H yerine HD salınır.2. Bu, bu reaksiyonlarda metanın gerçekten bir baz olduğunu ve asit ortamından bir protonu kabul ederek oluştuğunu gösteren kanıttır. CH+
5. Bu iyon daha sonra protondan arındırılır, hidrojen değişimini açıklar veya oluşturmak için bir hidrojen molekülünü kaybeder. CH+
3 - karbonyum iyonu. Bu tür oldukça reaktiftir ve aşağıda gösterilen birkaç yeni karbokatyon verebilir.[6]

Methonium cations2.gif

Etan gibi daha büyük alkanlar da sihirli asitte reaktiftir ve hem hidrojen atomlarını değiştirir hem de protonlanmış neopentan gibi daha büyük karbokatyonlar oluşturmak için yoğunlaşır. Bu iyon daha sonra daha yüksek sıcaklıklarda tıkanır ve reaksiyona girerek hidrojen gazı açığa çıkarır ve daha düşük sıcaklıklarda t-amil katyonu oluşturur.

Neopentane cations.png

George Olah, artık "alkan" ve "parafin" adlarını eşanlamlı olarak almamamızı öneriyor. "Parafin" kelimesi, "afiniteden yoksun" anlamına gelen Latince "parum affinis" den türemiştir. "Bununla birlikte, bazı nostaljilerle bu tavsiyeyi yapıyoruz, çünkü 'inert gazlar' en azından kimyasal reaktiviteleri görünür hale geldikçe 'asaletlerini' korudular, ancak 'soylu hidrokarbonlara' atıfta bulunmak uygunsuz görünecektir. "[6]

Hidroperoksitler ile kataliz

Sihirli asit, üçüncül hidroperoksitlerin ve üçüncül alkollerin bölünme-yeniden düzenleme reaksiyonlarını katalize eder. Mekanizmayı belirlemek için kullanılan deneylerin doğası, yani süperasit ortamda gerçekleşmeleri, oluşan karbokatyon ara maddelerinin gözlemlenmesine izin verdi. Mekanizmanın kullanılan sihirli asit miktarına bağlı olduğu belirlendi. Molar eşdeğerine yakın, sadece O – O bölünmesi gözlenir, ancak büyü asidi fazlalığıyla C – O bölünmesi O – O bölünmesi ile rekabet eder. Fazla asit muhtemelen C – O heterolizinde oluşan hidrojen peroksiti etkisiz hale getirir.[7]

Magic Acid.png ile Hidroperoksitler

Sihirli asit ayrıca aromatik bileşiklerin hidrojen peroksit ile elektrofilik hidroksilasyonunu katalize ederek, monohidroksile ürünlerin yüksek verimli hazırlanmasını sağlar. Fenoller, süperasit çözeltilerde tamamen protonlanmış türler olarak bulunur ve reaksiyonda üretildiğinde, daha sonra daha fazla elektrofilik saldırıya doğru devre dışı bırakılır. Protonlanmış hidrojen peroksit, aktif hidroksile edici ajandır.[8]

Ozon ile kataliz

Alkanların oksijenasyonu sihirli bir asit-SO ile katalize edilebilir2Varlığında ClF çözümü ozon. Mekanizma, alkanın tek σ bağlarına elektrofilik bir ekleme ile alkanların protolizine benzer. Hidrokarbon-ozon kompleksi geçiş durumu, penta koordineli bir iyon biçimine sahiptir.[9]

Magic Acid Ozone.png

Alkoller, ketonlar ve aldehitler de elektrofilik sokma ile oksijenlenir.[10]

Emniyet

Tüm güçlü asitlerde ve özellikle süper asitlerde olduğu gibi, uygun kişisel koruyucu ekipman kullanılmalıdır. Zorunlu eldiven ve gözlüklere ek olarak, yüz maskesi ve tam yüz maskesi kullanılması da önerilir. Tahmin edilebileceği gibi, sihirli asit yutulduğunda ve solunduğunda oldukça toksiktir, ciddi cilt ve göz yanıklarına neden olur ve su yaşamı için toksiktir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c Olah, G.A. (2005). "Yarım Asırlık Araştırmada Geleneksel Sınırları Aşmak". Organik Kimya Dergisi. 70 (7): 2413–2429. doi:10.1021 / jo040285o. PMID  15787527.
  2. ^ Lesney, M. S. (Mart 2003). "Asitin Temel Tarihi - Aristoteles'ten Arnold'a" (PDF). Bugünün Kimyacısı İş Başında: 47–48.
  3. ^ Olah, G. A .; Prakash, S .; Molnar, A .; Sommer, J. (2009). Süperasit Kimyası (2. baskı). New York: John Wiley and Sons. s. 49. ISBN  978-0-471-59668-4.
  4. ^ Commeyras, A .; Olah, G.A. (1969). "Süper Asitlerde Kimya. II. Antimon Pentaflorür-Florosülfürik Asit (Sülfür Dioksit) Çözücü Sisteminin (" Sihirli Asit ") Nükleer Manyetik Rezonans ve Lazer Raman Spektroskopik Çalışması. Eklenen Halojenürler, Su, Alkoller ve Karboksilik Asitlerin Etkisi. Hidronyum İyonunun İncelenmesi ". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 91 (11): 2929–2941. doi:10.1021 / ja01039a019.
  5. ^ a b Olah, G.A. (1973). "Karbokatyonlar ve Elektrofilik Reaksiyonlar". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü. 12 (3): 173–254. doi:10.1002 / anie.197301731.
  6. ^ a b Olah, G. A .; Schlosberg, R.H. (1968). "Süper Asitlerde Kimya. I. FSO'da Metan ve Alkanların Hidrojen Değişimi ve Polikondensasyonu3H-SbF5 ("Sihirli Asit") Çözüm. Alkanların Protonasyonu ve Aracılık CH+
    5     ve İlgili Hidrokarbon İyonları. İyonik Çözelti Reaksiyonlarında "Parafinlerin" Yüksek Kimyasal Reaktivitesi ". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 90 (10): 2726–2727. doi:10.1021 / ja01012a066.
  7. ^ Olah, G. A .; Parker, D. G .; Yoneda, Y .; Pelizza, F. (1976). "Hidrokarbonların Oksifonksiyonelizasyonu. 1. Tersiyer Alkil Hidroperoksitlerin Sihirli Asit ile Protolitik Bölünme-Yeniden Düzenleme Reaksiyonları". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 98 (8): 2245–2250. doi:10.1021 / ja00424a038.
  8. ^ Olah, G. A .; Ohnishi, R. (1978). "Hidrokarbonların oksijenli fonksiyonalizasyonu. 8. Süperasitlerde hidrojen peroksit ile benzen, alkilbenzenler ve halobenzenlerin elektrofilik hidroksilasyonu". Organik Kimya Dergisi. 43 (5): 865–867. doi:10.1021 / jo00399a014.
  9. ^ Olah, G. A .; Yonena, N .; Ohnishi, R (1976). "Hidrokarbonların oksi-fonksiyonalizasyonu. 6. Alifatik alkollerin, ketonların ve aldehitlerin süperasitlerde ozon ile elektrofilik oksijenasyonu. Çift fonksiyonlu türevlerin hazırlanması". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 98 (23): 7341–7345. doi:10.1021 / ja00439a038.
  10. ^ Olah, G. A .; Yoneda, N .; Parker, D.G. (1976). "Hidrokarbonların oksijenli fonksiyonalizasyonu. 3. Protonlanmış ozon içeren ozon ile alkanların süperasit katalize edilmiş oksijenasyonu, O3H+". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 98 (17): 5261–5268. doi:10.1021 / ja00433a035.