Көміртектің субтотығы: құрылымы, қасиеттері және қолданылуы
Carbon suboxide
Көміртегі субксиді (C3O2): құрылымы, қасиеттері, ашылу тарихы. Тұрақты кумулятивтік қосылыс, электроток арқылы алынады. Химиялық формуласы & қолданысы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
1=Органикалық қосылыстар құрылымы О=С=С=С=О
1=Organic compound with structure O=C=C=C=O
Көміртегі субоксиді немесе трикарбоноксид – формуласы C3O2 және құрылымы O\dC\dC\dC\dO болатын оттегі бар органикалық химиялық қосылыс. Оның төрт жиынтық қос байланысы оны кумулен жасайды. Ол сызықтық оксокарбондар сериясының тұрақты мүшелерінің бірі, сонымен қатар көміртек диоксиді (CO2) және пентакарбоноксид (C5O2) да осы серияға жатады. Егер мұқият тазартылса, ол бөлме температурасында қараңғыда ыдырамай тұра алады, бірақ белгілі бір жағдайларда полимерленеді. Бұл затты 1873 жылы Бенджамин Броди көміртек оксидіне электр тогын өткізу арқылы ашқан. Ол өнімнің C{x+1}O{x} формулаларымен, атап айтқанда C2O, C3O2, C4O3, C5O4 формулаларымен бірге, соңғы екеуін анықтағанын мәлімдеді; алайда, қазіргі таңда тек C3O2 белгілі. 1891 жылы Марселин Бертело таза көміртек оксидін шамамен 550°C-қа дейін қыздырғанда аз мөлшерде көміртек диоксиді пайда болатынын, бірақ көміртектің ізі де қалмағанын байқады және оның орнына көміртекке бай оксид пайда болды деп болжады, оны ол "субоксид" деп атады. Ол бұл өнімнің электр разряды арқылы алынған өніммен бірдей екенін болжады және C2O формуласын ұсынды. Ото Дильс кейіннен дикарбонилметан және диоксален аттарының да дұрыс екенін айтты. Бұл зат бөлме температурасында өте жағымсыз иісі бар майлы сұйықтық немесе газ түрінде сипатталады.
Carbon suboxide, or tricarbon dioxide, is an organic, oxygen containing chemical compound with formula |C3O2 and structure |O\dC\dC\dC\dO. Its four cumulative double bonds make it a cumulene. It is one of the stable members of the series of linear oxocarbons |O\dC {n}\dO, which also includes carbon dioxide (|CO2) and pentacarbon dioxide (|C5O2). Although if carefully purified it can exist at room temperature in the dark without decomposing, it will polymerize under certain conditions. The substance was discovered in 1873 by Benjamin Brodie by subjecting carbon monoxide to an electric current. He claimed that the product was part of a series of "oxycarbons" with formulas |C {x+1}O {x} , namely |C2O, |C3O2, |C4O3, |C5O4, , and to have identified the last two; however, only |C3O2 is known. In 1891 Marcellin Berthelot observed that heating pure carbon monoxide at about 550 °C created small amounts of carbon dioxide but no trace of carbon, and assumed that a carbon rich oxide was created instead, which he named "sub oxide". He assumed it was the same product obtained by electric discharge and proposed the formula |C2O. Otto Diels later stated that the more organic names dicarbonylmethane and dioxallene were also correct. It is commonly described as an oily liquid or gas at room temperature with an extremely noxious odor.
Синтез
Фосфор пентаоксиді (|P4O10|) және малоникалық қышқыл немесе оның эфирлерінің құрғақ қоспасын қыздыру арқылы синтезделеді. Сондықтан, оны малоникалық ангидридтің ангидриді деп те қарастыруға болады, яғни малоникалық қышқылдың "екінші ангидриді". Көміртек субоксидінің синтезі мен реакцияларының басқа да бірнеше тәсілдерін Рейерсонның 1930 жылғы шолуынан табуға болады. Полимерлердегі мономерлердің саны өзгермелі (оксиокарбон# полимерлі көміртек оксидтерін қараңыз). 1969 жылы Марс бетінің түсі осы қосылысқа байланысты деген гипотеза болды; бірақ "Викинг" Марс ғарыш зондтары бұл жорамалды жоққа шығарды (қызыл түс темір тотығынан туындайды).
It is synthesized by warming a dry mixture of phosphorus pentoxide (|P4O10) and malonic acid or its esters. Therefore, it can be also considered as the anhydride of malonic anhydride, i. e. the "second anhydride" of malonic acid. Several other ways for synthesis and reactions of carbon suboxide can be found in a review from 1930 by Reyerson. The number of monomers in the polymers is variable (see Oxocarbon#Polymeric carbon oxides). In 1969, it was hypothesized that the color of the Martian surface was caused by this compound; this was disproved by the Viking Mars probes (the red color is instead due to iron oxide).
Қолданылуы
Көмірсубоксид малонаттарды дайындауда қолданылады; сондай-ақ, терілердің бояуға сіңіру қабілетін жақсарту үшін қосымша зат ретінде пайдаланылады. Химиялық синтезде көмірсубоксид 1,3-диполь болып табылады, ол алкендермен реакцияласып 1,3-циклопентадиондар түзетін болады. Өте тұрақсыз болғандықтан, ол тек соңғы шара ретінде қолданылады.
Carbon suboxide is used in the preparation of malonates; and as an auxiliary to improve the dye affinity of furs. In chemical synthesis, carbon suboxide is a 1,3 dipole, reacting with alkenes to make 1,3cyclopentadiones. Because it is so unstable, it is a reagent of last resort.
Биологиялық рөлі
Көміртек субоксиді, C3O2, әдеттегідей көміртек оксиді, CO шығаратын кез келген биохимиялық процесте шағын мөлшерде пайда болуы мүмкін, мысалы, гемоксигеназа 1 арқылы гемо тотығу кезінде. Ол сондай-ақ малоновая қышқылынан да түзілуі мүмкін. Организмде көміртек субоксидінің жалпы формуласы (|C3O2)n (көбінесе |(C3O2)6 және |(C3O2)8) болатын макроциклді поликарбондық құрылымдарға жылдам полимерленетіні және осы макроциклді қосылыстар Na+/K+ АТФазасы мен Ca-ға тәуелді АТФазаның қуатты тежегіштері екені, сондай-ақ дигоксинге ұқсас физиологиялық қасиеттері мен натрийді бөліп шығару және қан қысымын төмендету әсерлері бар екені көрсетілді. Осы макроциклді көміртек субоксиді полимерлік қосылыстары Na+/K+ АТФазалары мен Ca-ға тәуелді АТФазаларды реттейтін эндогенді дигоксинге ұқсас заттар, сондай-ақ эндогенді натрийді бөліп шығарушы және қан қысымын төмендетуші заттар деп саналады. Одан басқа, кейбір авторлар осы көміртек субоксидінің макроциклді қосылыстары бос радикалдардың түзілуін және тотығу стресін азайтуға және эндогенді қатерлі ісікке қарсы қорғау механизмдерінде, мысалы, тор қабықта рөл атқаруы мүмкін деп ойлайды.
Carbon suboxide, C3O2, can be produced in small amounts in any biochemical process that normally produces carbon monoxide, CO, for example, during heme oxidation by heme oxygenase 1. It can also be formed from malonic acid. It has been shown that carbon suboxide in an organism can quickly polymerize into macrocyclic polycarbon structures with the common formula (|C3O2)n (mostly |(C3O2)6 and |(C3O2)8), and that those macrocyclic compounds are potent inhibitors of Na+/K+ ATP ase and Ca dependent ATP ase, and have digoxin like physiological properties and natriuretic and antihypertensive actions. Those macrocyclic carbon suboxide polymer compounds are thought to be endogenous digoxin like regulators of Na+/K+ ATP ases and Ca dependent ATP ases, and endogenous natriuretics and antihypertensives. Other than that, some authors think also that those macrocyclic compounds of carbon suboxide can possibly diminish free radical formation and oxidative stress and play a role in endogenous anticancer protective mechanisms, for example in the retina.
Құрылымы мен жабысуы
Көміртегі субоксидінің құрылымы 1970 жылдан бері тәжірибелер мен есептеулердің нысаны болды. Басты мәселе – молекуланың сызықтық немесе иілген болуы (яғни, \theta {C2} = \angle C1C2C3 \ \overset{? }{=}\ 180^\circ). Зерттеулердің көпшілігі молекуланың өте тұрақсыз екендігіне, иілуге кедергісі өте төмен екендігіне келіседі. Бір зерттеуге сәйкес, молекулалық геометрия θC2 ~ 160°-да ең төмен нүктесі бар қос құдық потенциалымен сипатталады, инверсия кедергісі 20 см−1 (0,057 ккал/моль) және 140° ≤ θC2 ≤ 180° аралығындағы жалпы энергия өзгерісі 80 см−1 (0,23 ккал/моль) құрайды. Иілудің кішкентай энергетикалық кедергісі, тербелістік нөлдік энергияға шамамен тең. Сондықтан, молекуланы квазилинейлік деп сипаттаған дұрыс. Инфрақызыл және электрондық дифракция зерттеулері |C3O2 молекуласы газ фазасында иілген құрылымға ие екенін көрсетсе де, рентгендік кристаллография арқылы қосылыстың қатты фазада кем дегенде орташа сызықтық геометрияға ие екендігі анықталды. Бірақ, оттегі атомдары мен C2-нің үлкен жылулық эллипсоидтары, тіпті қатты күйде де жылдам иілуге сәйкес келеді (ең төмен θC2 ~ 170°). Дегенмен, |C3O2 және оған ұқсас молекулалардағы дативтік байланыстың рөлі басқа зерттеушілер тарапынан химиялық тұрғыдан негізсіз деп сынға ұшырады.
The structure of carbon suboxide has been the subject of experiments and computations since the 1970s. The central issue is the question of whether the molecule is linear or bent (i. e., whether \theta {C2} = \angle C1C2C3 \ \overset{? }{=}\ 180\!^\circ). Studies generally agree that the molecule is highly non rigid, with a very shallow barrier to bending. According to one study, the molecular geometry is described by a double well potential with a minimum at θC2 ~ 160°, an inversion barrier of 20 cm−1 (0.057 kcal/mol), and a total energy change of 80 cm−1 (0.23 kcal/mol) for 140° ≤ θC2 ≤ 180°. The small energetic barrier to bending is around the same order of magnitude as the vibrational zero point energy. Therefore, the molecule is best described as quasilinear. While infrared and electron diffraction studies have indicated that |C3O2 has a bent structure in the gas phase, the compound was found to possess at least an average linear geometry in the solid phase by X ray crystallography, although the large thermal ellipsoids of the oxygen atoms and C2 have been interpreted to be consistent with rapid bending (minimum θC2 ~ 170°), even in the solid state. However, the contribution of dative bonding in |C3O2 and similar species has been criticized as chemically unreasonable by others.