碳硼烷酸

碳硼烷酸(化學式:H(CHB11Cl11),英語:Carborane acid[1] 為一種超強酸,是最強的單一分子酸,酸性為硫酸的一百萬倍、氟磺酸的數百倍。

碳硼烷酸根的球棒模型。
用色:-白、-綠、-粉紅、-黑

歷史编辑

2004年,加州大學河濱校區(UC Riverside)的Chris Reed團隊首先合成出碳硼烷酸。[2]

特性编辑

造成碳硼烷酸超強酸性的原因,是由於其共軛鹼CHB11Cl11非常穩定,而且具有高電負性的氯取代基,能有效分散負電荷。而外側的氯包覆碳硼烷核心,使碳硼烷酸根非常安定,不易與其他化學物質反應。

氟化的碳硼烷酸,H(CHB11F11)远比氯化的碳硼烷酸的酸性强。它能够质子化二氧化碳,形成桥接的[H(CO2)2]+,使它成为可能最强的酸。相比之下,CO2HF-SbF5HSO3F-SbF5质子化的速率不可见。[3][4][5][6]

碳硼烷酸雖然酸性強,但不具強烈的腐蝕性氧化性。混合酸如魔酸氟銻酸酸性更強,但會生成離子造成副反應,而且產生的氫氟酸成分會腐蝕玻璃,造成使用上的困難。而且氟會攻擊富勒烯,故H(CHB11Cl11)成為已知唯一能質子化富勒烯但不會將其分解的酸,能與富勒烯形成1:1的鹽類。[7][8]

用处编辑

碳硼烷酸有许多可能的应用。 例如,已经提出将它们用作碳氢化合物的裂化和 n-烷烃的异构化以形成支链异烷烃(例如异辛烷)的催化剂。 碳硼烷酸也可用作精细化学合成的强选择性布朗斯特质子酸,其中碳硼烷酸阴离子的低亲核性可能是对反应有利的。 在机械有机化学中,它们可用于反应性阳离子中间体的研究。 [9] 在无机合成中,其极强的酸性可允许分离奇异物种,例如氙氢离子的盐。 [10]

參考資料及注释编辑

  1. ^ 注意在圖片中,酸性氫並不是鍵結在碳硼烷分子的氫,而是平衡離子
  2. ^ Juhasz, M.; Hoffmann, S.; Stoyanov, E.; Kim, K.-C.; Reed, C. A. (2004). Angew. Chem., Int. Ed. 43: 5352-5355. DOI: 10.1002/anie.200460005.
  3. ^ Nava Matthew. The Strongest Brønsted Acid: Protonation of Alkanes by H(CHB11F11) at Room Temperature. Angewandte Chemie International Edition. 2013, 53 (4): 1131–1134. PMC 4993161. PMID 24339386. doi:10.1002/anie.201308586. 
  4. ^ Reed CA. Myths about the proton. The nature of H+ in condensed media. Acc. Chem. Res. 2013, 46 (11): 2567–75. PMC 3833890. PMID 23875729. doi:10.1021/ar400064q. 
  5. ^ Reed CA. Myths about the proton. The nature of H+ in condensed media. Acc. Chem. Res. 2013, 46 (11): 2567–75. PMC 3833890. PMID 23875729. doi:10.1021/ar400064q. 
  6. ^ Cummings, Steven; Hratchian, Hrant P.; Reed, Christopher A. The Strongest Acid: Protonation of Carbon Dioxide. Angewandte Chemie International Edition. 2016-01-22, 55 (4): 1382–1386 [2020-04-16]. ISSN 1521-3773. PMID 26663640. doi:10.1002/anie.201509425. (原始内容存档于2020-06-21) (英语). 
  7. ^ Mark Juhasz, Stephan Hoffmann, Evgenii Stoyanov, Kee-Chan Kim, Christopher A. Reed. The Strongest Isolable Acid. Angewandte Chemie International Edition (Communication). 2004, 43: 5352 – 5355. doi:10.1002/anie.200460005. 
  8. ^ Christopher A. Reed. Carborane acids. New "strong yet gentle" acids for organic and inorganic chemistry (PDF). Chem. Commun. 2005, 2005: 1669–1677 [2015-06-23]. doi:10.1039/b415425h. (原始内容 (Full article (reprint))存档于2020-05-11). 
  9. ^ Lovekin Kris. "Strong, Yet Gentle, Acid Uncovered". University of California, Riverside. (November, 2004). Accessed February 13, 2015.
  10. ^ Stiles, D. Column: Bench monkey. September 1, 2007 [March 3, 2015]. 

外部連結编辑