옥소카본

Oxocarbon

탄소의 옥소카본 또는 산화물은 탄소와 산소로만 구성된 화학 화합물이다.[1][2] 가장 단순하고 흔한 산화탄소는 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)이다. 다른 많은 안정적(실제로 열역학적으로가 아니라면)이나 측정 가능한 탄소의 산화물은 알려져 있지만, 아산화 탄소(CO32 또는 O=C=C=C=O)나 무수화물(CO129) 감미성 탄소와 같이 거의 마주치지 않는다.

Chemfm carbon monoxide 3 1.svg Chemfm carbon dioxide.svg Chemfm carbon suboxide.svg Chemfm mellitic anhydride.svg
CO
탄소
일산화물 		CO2
탄소
이산화 탄소의 		C3O2
탄소
아산화질소의 		C12O9
멜리아틱
무수화물

오늘날에는 많은 다른 산화물들이 알려져 있는데, 그 대부분은 1960년대 이후 합성되었다. 이 새로운 산화물 중 일부는 상온에서 안정적이다. 어떤 것들은 매우 낮은 온도에서만 측정 가능하거나 안정적이지만, 따뜻해지면 더 단순한 산화탄소로 분해된다. 다수는 본질적으로 불안정하며 화학반응의 매개체로서 순간적으로만 관찰될 수 있거나 기체상에서만 존재하거나 행렬격리에 의해서만 검출될 정도로 반응한다.

그래핀 산화물과 무한 분자 구조를 가진 다른 안정된 고분자 산화물이 존재한다.[3][4]

개요

이산화탄소(CO2)는 자연에서 광범위하게 발생하며, 역사 이전부터 인간이 호흡, 탄소를 함유한 물질의 연소, 맥주나 빵과 같은 식품의 발효에 의해 우발적으로 생성되었다. 그것은 점차 17세기와 18세기에 다양한 화학자들에 의해 스피루스 실베스트리스 또는 "고정 공기"라고 불렸던 화학 물질로 인식되었다.

일산화탄소는 연소에서도 발생할 수 있으며, 고대부터 광석에서 철을 용해하는 데 사용(인식되지 않음)되었다. 이산화물과 마찬가지로 중세 이후 여러 연금술사와 화학자들에 의해 서양에서 기술되고 연구되었다. 그것의 진짜 구성은 윌리엄 크룩생크에 의해 1800년에 발견되었다.

아산화 탄소는 1873년 벤자민 브로디에 의해 이산화탄소를 통해 전류를 통과시킴으로써 발견되었다.[5]

네 번째 "고전적인" 산화물, 감미로운 무수화물(CO129)은 1830년 리비히와 뵐러에 의해 멜라이트("허니스톤")에 대한 연구에서 얻은 것이 분명하지만, 마이어와 슈타이너에 의해서만 1913년에야 특징지어졌다.[6][7][8]

브로디는 또한 1859년에 흑연 산화물이라고 불리는 다섯 번째 화합물을 발견했는데, 이 물질의 성질과 분자 구조는 2:1에서 3:1 사이의 다양한 비율의 탄소 및 산소로 구성되어 있다. 그러나 이 물질이 그래핀 산화물이라는 이름으로 개칭되어 나노기술 연구의 화두가 된 몇 년 전까지만 해도 알려지지 않았다.[3]

극한 상황에서만 검출된 불안정한 산화물 또는 전이성 산화물로는 디카본 일산화탄소(:C=C=O), 3산화 탄소([9]CO3), 5산화 탄소([10][11]CO
4
5), [12]6산화 탄소(CO
6),[13] 12-다이옥산디오네(CO24)가 대표적이다.[14][15] 이러한 반응성 탄소 산화물의 일부는 회전 분광법에 의해 성간 매체의 분자 구름 안에서 검출되었다.[16]

많은 가상의 옥소화탄소는 이론적 방법에 의해 연구되었지만 아직 검출되지 않았다. 예를 들어 옥살릭 무수화물(CO23 또는 O=(CO2)=O), 에틸렌 디오네(CO22 또는 O=C=C=O)[17]와 일산화탄소(-CO-)n의 다른 선형 또는 순환 폴리머([18]폴리케톤), 디머 1,3-다이옥사네디온(CO-)n과24 같은 이산화탄소의 선형 또는 순환 폴리머(-CO-2)가 있다.[19]

Chemfm oxalic anhydride.svg Chemfm ethylene dione.svg Chemfm 1 3 dioxetanedione.svg
C2O3
옥살리크
무수화물 		C2O2
에틸렌
디오네 		C2O4
1,3-다이옥세탄-
디오네

일반구조

일반적으로 탄소는 사분해성인 반면 산소는 분화성인 반면, 대부분의 산화탄소에서는 각 탄소 원자가 다른 4개의 원자에 결합되는 반면, 산소는 최대 2개까지 결합될 수 있다. 더욱이 탄소가 다른 탄소와 연결되어 임의로 큰 체인이나 네트워크를 형성할 수 있지만, 3개 이상의 옥시겐의 체인은 관측된 적이 있어도 거의 없다. 따라서 알려진 전기 중성 산소탄소는 일반적으로 산화(-O-, =O) 또는 과산화물(-O-O-) 그룹에 의해 연결되고 종료되는 하나 이상의 탄소 골격(순환 구조 및 방향 구조 포함)으로 구성된다.

만족스럽지 못한 결합을 가진 탄소 원자는 일사량 CO나2 :C=C=O와 같은 일부 산화물에서 발견되지만, 이러한 화합물은 일반적으로 너무 반응적이어서 대량으로 분리될 수 없다.[20] 전자의 손실이나 이득은 단발성 음산소(-O−
), 삼발성 양의 산소(-O+
), 삼발성 음탄소(-C−
)를 초래할 수 있다. 마지막 두 개는 일산화탄소 C≡O에서+ 발견된다.[21] 음산소는 대부분의 옥소카본 음이온에서 발생한다.

선형탄소이산화물

탄소 산화물의 한 계열은 일반 공식 COn2, 즉,n 양쪽 끝의 산소 원자에 의해 덮인 탄소 원자의 선형 체인을 가지고 있다. 첫 번째 멤버는.

특히 n = 7[24]: p.97 및 n = 17, 19 및 21에 대한 저압 가스 단계 및/또는 극저온 매트릭스 실험에서 이 계열의 일부 상위 구성원이 미량에서 검출되었다.[25]: p.95

선형탄소단산화물

또 다른 산화탄소 계열은 선형 탄소 단산화물 CO이다n. 첫 번째 멤버인 일반 일산화탄소 CO는 상온에서 순수 상태에서 실질적으로 안정적인 것으로 보인다(표준 온도와 압력에서 열역학적으로 안정적이지 않지만, 보두아드 반응 참조). 극저온 매트릭스에서 선형 탄소 이산화물을 광분해하면 CO가 손실되어 CO2, CO4,[20] CO와6 같은 짝수 단산화물이 검출될 수 있다.[24] n=9까지의 회원은 아르곤으로 희석된 기체 이산화탄소에32 대한 방전을 통해 얻어진 것이다.[26] 처음 세 멤버는 성간 공간에서 탐지되었다.[26]

n이 짝수일 때, 분자는 첫 번째 탄소에서 원자가 이중 결합과 미충전 궤도(무충전 궤도)로 연결되어 있는 트리플트(큐뮬렌 유사) 상태라고 믿으며, 이는 :C=C=O, :C=C=C=C=C=O, 일반적으로 :(C=)=nO이다. n이 홀수일 때, 트리플트 구조는 CcC-CoO+, CcC-CcC-C≡O+, 일반적으로 (CcC-)(n−1)/2CoO에서와+ 같이 탄소 단부에 음전하를 띠며 산소 단부에 양전하를 띠는 싱글렛(아세틸렌형) 극지 상태와 공명하는 것으로 생각된다.[26] 일산화탄소 자체는 이러한 패턴을 따른다. 일산화탄소의 지배적인 형태는 CoO로+ 여겨진다.[21]

레이디얼린형 순환 폴리케톤

특히 주목받은 또 다른 산소탄소 계열로는 순환성 방사형 산소탄소 COnn 또는 (CO)가 있다.n[27] 그것들은 일산화탄소의 순환 중합체 또는 n-탄소 사이클로알카인의 n-폴드 케톤으로 간주될 수 있다. 일산화탄소 그 자체(CO)가 첫 번째 구성원으로 간주될 수 있다. 이론 연구는 에틸렌 디오네(CO22 또는 O=C=C=O)와 사이클로프로파네트리오네 CO가33 존재하지 않는다는 것을 보여준다.[17][18] 다음 세 멤버인 CO44, CO55, CO는66 이론적으로는 가능하지만 상당히 불안정할 것으로 예상되며,[18] 지금까지 미량으로만 합성되어 왔다.[28][29]

Chemfm ethylene dione.svg Chemfm cyclopropanetrione.svg Chemfm cyclobutanetetrone.svg Chemfm cyclopentanepentone.svg Chemfm cyclohexanehexone.svg
(CO)2
에틸렌
디오네 		(CO)3
사이클로프로판-
트리오네 		(CO)4
사이클로부탄-
테트론 		(CO)5
사이클로펜탄-
펜톤 		(CO)6
사이클로헥산-
육분의

한편, 이러한 산화탄소의 음이온은 상당히 안정되어 있으며, 그 중 일부는 19세기 이후부터 알려져 있다.[27] 그들은 그렇다.

순환산화물 CO는66 테트라하이드록시-1,4-벤조퀴논(CO664−)과 벤젠헥솔(CO666−)의 안정 음이온을 형성하는데,[37] 이들 음이온의 방향성은 이론적 방법을 사용하여 연구되어 왔다.[38][39]

뉴옥사이드

1960년대 이후 많은 새로운 안정적 또는 측정 가능한 산화물이 합성되었는데, 다음과 같다.

Chemfm benzoquinonetetracarboxylic dianhydride.svg Chemfm ethylenetetracarboxylic dianhydride.svg Chemfm tetrahydroxy 1 4 benzoquinone bisoxalate.svg
C10O8
벤조퀴논-
테트라카르복시술
디아나이드화 		C6O6
에틸렌-
테트라카르복시술
디아나이드화 		C10O10
테트라하이드록시-
1,4벤조퀴논
이산화질소를 함유하다
Chemfm tetrahydroxy 1 4 benzoquinone biscarbonate.svg Chemfm dioxane tetraketone.svg Chemfm hexaphenol trisoxalate.svg
C8O8
테트라하이드록시-
1,4벤조퀴논
이스카보네이트 		C4O6
다이옥산
테트라케톤 		C12O12
헥사히드록시벤젠
삼산화질소를 함유하다
Chemfm hexaphenol triscarbonate.svg Chemfm tris 3 4 dialkynyl 3 cyclobutene 1 2 dione.svg Chemfm tetrakis 3 4 dialkynyl 3 cyclobutene 1 2 dione.svg
C9O9
헥사히드록시벤젠
삼탄산염의 		C24O6
트리스(3,4-다이얼킬-)
3-사이클로부틴-
1,2디온) 		C32O8
테트라키스 (3,4-다이얼킬-)
3-사이클로부틴-
1,2디온)
Chemfm hexaoxotricyclobutabenzene.svg
C12O6
헥사옥소트리시클로-
부타벤젠

이러한 산화물들의 많은 친척들이 이론적으로 조사되어 왔으며, 테트라하이드록시-1,2-벤조퀴논의 다른 탄산염과 옥살레이트 에스테르, 그리고 로지존산, 크로코닉, 스쿼릭, 델틱산 등의 몇몇은 안정적일 것으로 예상된다.[18]

고분자 탄소산화물

아산화 탄소는 실온에서 자연 중합하여 탄소-산소 중합체로 되며, 3:2 탄소:산소 원자비로 한다. 이 중합체는 단일 결합과 이중 결합이 교차하는 탄소 백본을 가진 퓨전된 6-엠베드 락톤 링의 선형 체인으로 추정된다. 물리적인 측정은 분자당 평균 단위 수가 형성 온도에 따라 약 5–6이라는 것을 나타낸다.[4][49]

Chemfm poly carbon suboxide Ls.svg Chemfm poly carbon suboxide 1sHs.svg Chemfm poly carbon suboxide i 1sHs.svg Chemfm poly carbon suboxide sR.svg
중합체 CO의32 종료 및 반복 단위.[4]
Chemfm poly carbon suboxide Lb 1bHb bR.svg Chemfm poly carbon suboxide Lb 2bHb bR.svg Chemfm poly carbon suboxide Lb 3bHb bR.svg Chemfm poly carbon suboxide Lb 4bHb bR.svg
3~6단위의 CO32 과점자.[4]

일산화탄소가 다이아몬드 앤빌 셀에서 5 GPA로 압축되면 산소 함량이 약간 높은 다소 유사한 적색 중합체를 생성하여 실내 조건에서 측정할 수 있다. CO는 CO와2 CO의32 혼합물에 대하여 세포 내에서 불균형하다고 믿으며, 후자는 위에서 설명한 것과 유사한 중합체를 형성하며(그러나 더 불규칙한 구조로), 이는 CO의2 일부를 그 행렬에 가두어 놓는다.[50][51]

C:O 비율이 5:1 이상인 또 다른 탄소-산소 폴리머는 고전적인 흑연 산화물과[3] 그것의 단일 시트 버전 그래핀 산화물이다.

풀레렌 산화물 및 오조니데스

20개 이상의 산소와 오조니드 풀렌이 알려져 있다.[52]

  • CO60(2등분자)
  • CO602 (6개 이소머)
  • CO603(3등분자)
  • C120O
  • CO1204(4등분자)
  • C70O
  • C140O

기타

참고 항목

참조

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