碳硼烷酸

碳硼烷酸根的球棒模型。
用色：氫－白、氯－綠、硼－粉紅、碳－黑

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。

歷史

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

特性

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]+，使它的酸性变得更强。相比之下，CO2被HF-SbF5 或 HSO3F-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與氧化性。混合酸如魔酸、氟銻酸酸性更強，但會生成氟離子造成副反應，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

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

  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 可免费查阅. 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 可免费查阅. 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 可免费查阅. 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]. （原始内容存档于2016-04-16）. 

外部連結