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Oxonium auch Ion veraltet aber verbreitet Hydroxonium und Hydronium nach IUPAC streng systematisch aber ungebräuchlich O

Oxonium

Oxonium (auch: Oxonium-Ion, veraltet, aber verbreitet: Hydroxonium und Hydronium, nach IUPAC streng systematisch, aber ungebräuchlich: Oxidanium) ist die Bezeichnung für ein protoniertes Wassermolekül (H3O+). In der Regel werden auch hydratisierte Ionen wie H9O4+ (H3O+ · 3 H2O) als Oxonium- oder Hydroxonium-Ionen bezeichnet.

Oxoniumionen in der organischen Chemie: Protonierter Alkohol (links) und ein protonierter Ether (rechts). R, R1 und R2 sind Organyl-Reste (Alkyl, Aryl, Alkylaryl etc.). R1 und R2 können gleich oder unterschiedlich sein.

Ladungsträger ist im Wesentlichen das Sauerstoffatom und es handelt sich um ein Kation, was sich aus dem Wort Oxonium ableiten lässt, da Ox(o)... für Sauerstoffatom und ...onium für ein Kation steht. Oxonium bildet sich durch protolytische Reaktionen in Wasser bzw. in wässrigen Lösungen.

Im weiteren Sinn sind Oxonium-Ionen eine Sammelbezeichnung für organische Abkömmlinge des Ions H3O+ in der Form [R−OH2]+ [R2OH]+ [R3O]+, wobei R für organische Reste steht. Auch bei diesen Kationen tragen Sauerstoffatome die Ladung.

Liegen Oxonium (H3O+) oder seine organischen Abkömmlinge als Kation eines Salzes vor, zählt man die Verbindungen zu den Oxoniumsalzen.

Liegt Hydronium (auch: Hydronium-Ion) als hydratisiertes H+-Teilchen vor, werden oft aus Gewohnheit bzw. aus Bequemlichkeit die Bezeichnungen H+, H+aq oder H+ · H2O gewählt. Gemeint sind jedoch in der Regel H3O+-Teilchen. Die Bezeichnung Hydronium und das Teilchen H+ sind für die Formulierung von chemischen Reaktionen nur wenig geeignet, da ein Hydron (das H+-Teilchen, auch Proton genannt) in freier Form in Lösungen oder in Verbindungen nicht existiert, sondern sich sofort mit dem nächstbesten Molekül verbindet und daher allein weder Reaktant noch Produkt einer Reaktion ist.

Eigenschaften Bearbeiten

Der pKS-Wert des Oxoniumions ist als Fixpunkt der protochemischen Spannungsreihe null.

Oxoniumionen entstehen durch Autoprotolyse des Wassers, wobei ein Proton (H+) von einem Wassermolekül auf ein anderes übergeht. Im Gleichgewicht liegt in neutralem Wasser, bei einer Temperatur von 25 °C, eine Stoffmengenkonzentration der Oxoniumionen (ebenso der Hydroxidionen) von 10−7 mol/l vor, wodurch der pH-Wert 7 definiert wird.

Durch Zugabe von Säuren erhöht sich diese Gleichgewichtskonzentration durch Übergang der Protonen von der Säure auf Wassermoleküle, der pH-Wert wird erniedrigt. In alkalischen Lösungen wird der pH-Wert erhöht, da die Konzentration von Oxoniumionen kleiner wird.

Das Oxoniumion ist die stärkste Säure, die in wässriger Lösung existieren kann. Stärkere Säuren als das Oxoniumion (z. B. H2SO4 oder HCl) dissoziieren im Wasser vollständig zu H3O+

Mittelstarke und schwache Säuren (z. B. Essigsäure) übertragen hingegen nur einen Teil ihrer Protonen auf das Wasser.

Die Lebensdauer des Oxoniumions ist sehr kurz (etwa 10−13 Sekunden), da das angelagerte Proton sehr leicht an ein anderes Wassermolekül weitergegeben wird:

In Lösung findet ein kontinuierlicher Übergang zwischen unterschiedlich hydratisierten Protonen statt. Beim Transfer wird dabei stets ein Proton von einem Sauerstoffatom zum nächsten weitergereicht. Dabei verändern sich die Positionen der einzelnen Atome nur minimal. Diese Defektwanderung, die auch als Grotthuß-Mechanismus bezeichnet wird, ist Ursache für die im Vergleich zu anderen Ionen hohe Äquivalentleitfähigkeit von Protonen von 315 S·cm3·mol−1.

Das Zundel-Ion und das Eigen-Ion stellen mögliche Hydratisierungsformen dar.

Das Zundel-Ion kann formell als Proton, das von zwei Wassermolekülen hydratisiert wird, betrachtet werden:

Dagegen wird das Eigen-Ion (formell [H9O4]+ bzw. Tetraoxidanium) als ein von drei Wassermolekülen hydratisiertes Oxonium betrachtet.

Untersuchungen mittels Infrarotspektroskopie ergaben ein hydratisiertes H13O6+ Ion, wobei die dem im Zentrum stehenden H+ unmittelbar benachbarten Sauerstoffatome zweier Wassermoleküle untereinander einen größeren Abstand haben als im Zundelkomplex. Vier weitere Wassermoleküle gehören noch zu diesem Ion, was von acht Hydratmolekülen umgeben ist.

Da alle solche Ionenbildungen und Hydratisierungen in wässriger Lösung bei stöchiometrischen Berechnungen keine Rolle spielen, wird üblicherweise die Schreibweise H3O+ (das eigentliche Oxoniumion) oder sogar nur H+ (Hydron) verwendet. Freie Protonen kommen jedoch in wässrigen Lösungen praktisch nicht vor.

Oxoniumsalze Bearbeiten

Stabile Oxoniumsalze werden nur von den allerstärksten Säuren, z. B. der Perchlorsäure, gebildet:

Oxoniumionen in der organischen Chemie Bearbeiten

Oxoniumionen in organischen Verbindungen treten meist als Zwischenstufen von Additionen, Substitutionen, der Dehydratation (von Alkoholen) und der Pinakol-Umlagerung auf. Sie treten als protonierte Alkohole (Alkoxonium-Ionen), Ether (Dialkoxonium-Ionen), oder seltener auch als protonierte Carbonsäuren oder Phenole (Phenolxonium-Ionen) auf. Meist dissoziieren organische Oxoniumionen sehr schnell durch Wasser-/Alkoholabspaltung, oder Deprotonierung. Da Wasser eine gute Abgangsgruppe ist, sind Oxoniumionen für viele Substitutions- und Eliminierungsreaktionen eine wichtige Zwischenstufe.

Di-/Alkoxonium-Ionen bei SN2-Reaktionen Bearbeiten

Da OH− eine schlechte Abgangsgruppe ist, ist die Bildung von Di- bzw. Alkoxonium-Ionen, als erster Schritt für eine nukleophile Substitution einer OH-Gruppe, meist notwendig. Die Protonierung einer OH- bzw. OR-Gruppe wird durch Säuren durchgeführt. Anschließend kann ein Nukleophil das Kohlenstoffatom, welches die OH2+-Gruppe trägt, leicht angreifen. Zur Veranschaulichung ist im Folgenden die nukleophile Substitution von Methanol (CH3OH) mit Salzsäure (HCl) dargestellt:

Die Reaktion erfolgt analog mit Ethern. Statt des Alkoxonium-Ions würde man als Zwischenstufe ein Dialkoxonium-Ion erhalten.

Di-/Alkoxonium-Ionen bei säurekatalysierter Addition an Alkene Bearbeiten

Wasser und Alkohole addieren normalerweise nicht an Alkene. Sie sind zu schwache Säuren, das heißt ihre Wasserstoffatome können von der Doppelbindung des Alkens nicht abgenommen werden. Anders bei Oxonium-Ionen. Die Doppelbindung kann ein Wasserstoff eines Oxoniumions entfernen. Das daraus resultierende Carbeniumion wird vom Wasser oder Alkohol nukleophil angegriffen. Daher läuft die Reaktion nur säurekatalysiert ab. Beispielhaft ist im Folgenden der Mechanismus der säurekatalysierten Addition von Wasser an Ethen (C2H4) dargestellt:

Die Reaktion verläuft analog mit Alkoholen. Bei der Addition von einem Alkohol würde man einen Ether erhalten. Ohne Säure findet keine Reaktion statt.

Alkoxonium-Ionen als Zwischenstufe einer Solvolyse Bearbeiten

Alkoxoniumionen lassen sich auch als Zwischenschritt einer nukleophilen Substitution (nach SN1-Mechanismus) mit Wasser beobachten. Nachfolgend ist eine unimolekulare nucleophile Substitution von tert-Butylchlorid zu tert-Butanol dargestellt:

Protonierte Carbonsäuren Bearbeiten

Carbonsäuren zeigen typische pKs-Werte von 1 bis 5. Eine Protonierung kann am sehr schwach basischen Sauerstoff-Atom der Carbonylgruppe mit sehr starken Mineralsäuren erfolgen. Protonierte Carbonsäuren haben einen pKs von ca. −6. Diese Zwischenstufen werden bei allen säurekatalysierten Veresterungen gebildet.

Phenoloxonium-Ion Bearbeiten

Phenol ist eine schwache Säure (pKS 9,99) und eine schwache Base zugleich. Zur Protonierung bedarf es sehr starker Säuren wie z. B. Jodwasserstoff. Der pKS eines Phenoloxonium-Ions beträgt −6,7. Phenylalkylether können nur unter der Katalyse von Jodwasserstoff gespalten werden (Umkehrung der Williamson-Ethersynthese). Die intermediär gebildete Phenoloxonium-Zwischenstufe zerfällt in Phenol und Alkyliodid.

Etherate Bearbeiten

Diethylether bildet mit der Lewis-Säure Bortrifluorid ein stabiles Oxoniumsalz, das Bortrifluoriddiethyletherat. (Alkoxoniumionen haben einen pKs von ca. −3)

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Neil G. Connelly, Ture Damhus, Richard M. Hartshorn, Alan T. Hutton: Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC-Recommendations, 2005 (pdf).
  2. Eintrag zu onium compounds. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.O04291 – Version: 2.3.3.
  3. Eintrag zu oxonium ions. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.O04378 – Version: 2.3.3.
  4. Brockhaus, Naturwissenschaft und Technik, Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2003.
  5. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 238.
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  7. Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie, Springer-Verlag, 1972, S. 152, ISBN 3-211-81060-9.
  8. Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie, Springer-Verlag, 1972, S. 250, ISBN 3-211-81060-9.
  9. ↑ K.P.C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, ISBN 3-527-31380-X, S. 258–259.
  10. ↑ Paula, Yurkanis, Bruice: Organic Chemistry. 4. Auflage, Prentice-Hall, 2003, ISBN 0-13-141010-5, S. 151–153.
  11. K.P.C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, ISBN 3-527-31380-X, S. 285–288.
  12. K.P.C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, ISBN 3-527-31380-X, S. 976–978.
  13. K.P.C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, ISBN 3-527-31380-X, S. 1174–1175.
  14. Saure Phenyletherspaltung. In: David R. Dalton: Foundations of Organic Chemistry. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-1-118-00538-5, S. 693. eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche

Literatur Bearbeiten

  • F. Albert Cotton und Geoffrey Wilkinson: Anorganische Chemie, 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1968.
  • Hartwig Perst: Oxonium Ions in Organic Chemistry, Verlag Chemie, Weinheim 1971, ISBN 3-527-25348-3.
  • Hans Beyer und Wolfgang Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie, 20. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1984, ISBN 3-7776-0406-2.
  • Norman N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, Verlag Chemie, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.
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Oxonium auch Oxonium Ion veraltet aber verbreitet Hydroxonium und Hydronium nach IUPAC streng systematisch aber ungebrauchlich Oxidanium 1 ist die Bezeichnung fur ein protoniertes Wassermolekul H3O In der Regel werden auch hydratisierte Ionen wie H9O4 H3O 3 H2O als Oxonium oder Hydroxonium Ionen bezeichnet Oxoniumionen in der organischen Chemie Protonierter Alkohol links und ein protonierter Ether rechts R R1 und R2 sind Organyl Reste Alkyl Aryl Alkylaryl etc R1 und R2 konnen gleich oder unterschiedlich sein Ladungstrager ist im Wesentlichen das Sauerstoffatom und es handelt sich um ein Kation was sich aus dem Wort Oxonium ableiten lasst da Ox o fur Sauerstoffatom und onium fur ein Kation 2 steht Oxonium bildet sich durch protolytische Reaktionen in Wasser bzw in wassrigen Losungen Im weiteren Sinn sind Oxonium Ionen eine Sammelbezeichnung fur organische Abkommlinge des Ions H3O in der Form R OH2 R2OH R3O wobei R fur organische Reste steht 3 4 Auch bei diesen Kationen tragen Sauerstoffatome die Ladung Liegen Oxonium H3O oder seine organischen Abkommlinge als Kation eines Salzes vor zahlt man die Verbindungen zu den Oxoniumsalzen Liegt Hydronium auch Hydronium Ion als hydratisiertes H Teilchen vor werden oft aus Gewohnheit bzw aus Bequemlichkeit die Bezeichnungen H H aq oder H H2O gewahlt Gemeint sind jedoch in der Regel H3O Teilchen Die Bezeichnung Hydronium und das Teilchen H sind fur die Formulierung von chemischen Reaktionen nur wenig geeignet da ein Hydron das H Teilchen auch Proton genannt in freier Form in Losungen oder in Verbindungen nicht existiert sondern sich sofort mit dem nachstbesten Molekul verbindet und daher allein weder Reaktant noch Produkt einer Reaktion ist Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Oxoniumsalze 3 Oxoniumionen in der organischen Chemie 3 1 Di Alkoxonium Ionen bei SN2 Reaktionen 3 2 Di Alkoxonium Ionen bei saurekatalysierter Addition an Alkene 3 3 Alkoxonium Ionen als Zwischenstufe einer Solvolyse 3 4 Protonierte Carbonsauren 3 5 Phenoloxonium Ion 3 6 Etherate 4 Einzelnachweise 5 LiteraturEigenschaften BearbeitenDer pKS Wert des Oxoniumions ist als Fixpunkt der protochemischen Spannungsreihe null 5 Oxoniumionen entstehen durch Autoprotolyse des Wassers wobei ein Proton H von einem Wassermolekul auf ein anderes ubergeht Im Gleichgewicht liegt in neutralem Wasser bei einer Temperatur von 25 C eine Stoffmengenkonzentration der Oxoniumionen ebenso der Hydroxidionen von 10 7 mol l vor wodurch der pH Wert 7 definiert wird H 2 O H 2 O H 3 O O H displaystyle mathrm H 2 O H 2 O rightleftharpoons H 3 O OH nbsp Durch die Autoprotolyse des Wassers entstehen auch in neutralem Wasser standig Oxonium und Hydroxidionen welche wieder zu Wassermolekulen zuruckreagieren Durch Zugabe von Sauren erhoht sich diese Gleichgewichtskonzentration durch Ubergang der Protonen von der Saure auf Wassermolekule der pH Wert wird erniedrigt In alkalischen Losungen wird der pH Wert erhoht da die Konzentration von Oxoniumionen kleiner wird Das Oxoniumion ist die starkste Saure die in wassriger Losung existieren kann Starkere Sauren als das Oxoniumion z B H2SO4 oder HCl dissoziieren im Wasser vollstandig zu H3O H C l H 2 O H 3 O C l displaystyle mathrm HCl H 2 O rightarrow H 3 O Cl nbsp Reaktion von Salzsaure mit Wasser zum Oxoniumion und Chlorid Anion Mittelstarke und schwache Sauren z B Essigsaure ubertragen hingegen nur einen Teil ihrer Protonen auf das Wasser Die Lebensdauer des Oxoniumions ist sehr kurz etwa 10 13 Sekunden da das angelagerte Proton sehr leicht an ein anderes Wassermolekul weitergegeben wird H 3 O H 2 O H 2 O H 3 O displaystyle mathrm H 3 O H 2 O rightleftharpoons H 2 O H 3 O nbsp Ubertragung eines Protons von einem Wassermolekul auf ein anderes In Losung findet ein kontinuierlicher Ubergang zwischen unterschiedlich hydratisierten Protonen statt Beim Transfer wird dabei stets ein Proton von einem Sauerstoffatom zum nachsten weitergereicht Dabei verandern sich die Positionen der einzelnen Atome nur minimal Diese Defektwanderung die auch als Grotthuss Mechanismus bezeichnet wird ist Ursache fur die im Vergleich zu anderen Ionen hohe Aquivalentleitfahigkeit von Protonen von 315 S cm3 mol 1 Das Zundel Ion und das Eigen Ion stellen mogliche Hydratisierungsformen dar Das Zundel Ion kann formell als Proton das von zwei Wassermolekulen hydratisiert wird betrachtet werden H 2 H 2 O H 5 O 2 displaystyle mathrm H cdot 2 H 2 O equiv H 5 O 2 nbsp Zundel Ion 1 Dagegen wird das Eigen Ion formell H9O4 bzw Tetraoxidanium als ein von drei Wassermolekulen hydratisiertes Oxonium betrachtet H 3 O 3 H 2 O H 9 O 4 displaystyle mathrm H 3 O cdot 3 H 2 O equiv H 9 O 4 nbsp Eigen Ion 1 Untersuchungen mittels Infrarotspektroskopie ergaben ein hydratisiertes H13O6 Ion wobei die dem im Zentrum stehenden H unmittelbar benachbarten Sauerstoffatome zweier Wassermolekule untereinander einen grosseren Abstand haben als im Zundelkomplex Vier weitere Wassermolekule gehoren noch zu diesem Ion was von acht Hydratmolekulen umgeben ist 6 Da alle solche Ionenbildungen und Hydratisierungen in wassriger Losung bei stochiometrischen Berechnungen keine Rolle spielen wird ublicherweise die Schreibweise H3O das eigentliche Oxoniumion oder sogar nur H Hydron verwendet Freie Protonen kommen jedoch in wassrigen Losungen praktisch nicht vor Oxoniumsalze BearbeitenStabile Oxoniumsalze werden nur von den allerstarksten Sauren z B der Perchlorsaure gebildet H 2 O H C l O 4 H 3 O C l O 4 displaystyle mathrm H 2 O HClO 4 longrightarrow H 3 O ClO 4 nbsp Wasser wird durch Perchlorsaure protoniert Dabei entsteht ein Oxoniumion und das Perchloratanion Beide zusammen bilden das Oxoniumsalz Oxoniumionen in der organischen Chemie BearbeitenOxoniumionen in organischen Verbindungen treten meist als Zwischenstufen von Additionen Substitutionen der Dehydratation von Alkoholen 7 und der Pinakol Umlagerung 8 auf Sie treten als protonierte Alkohole Alkoxonium Ionen Ether Dialkoxonium Ionen oder seltener auch als protonierte Carbonsauren oder Phenole Phenolxonium Ionen auf Meist dissoziieren organische Oxoniumionen sehr schnell durch Wasser Alkoholabspaltung oder Deprotonierung Da Wasser eine gute Abgangsgruppe ist sind Oxoniumionen fur viele Substitutions und Eliminierungsreaktionen eine wichtige Zwischenstufe Di Alkoxonium Ionen bei SN2 Reaktionen Bearbeiten Da OH eine schlechte Abgangsgruppe ist ist die Bildung von Di bzw Alkoxonium Ionen als erster Schritt fur eine nukleophile Substitution einer OH Gruppe meist notwendig Die Protonierung einer OH bzw OR Gruppe wird durch Sauren durchgefuhrt Anschliessend kann ein Nukleophil das Kohlenstoffatom welches die OH2 Gruppe tragt leicht angreifen Zur Veranschaulichung ist im Folgenden die nukleophile Substitution von Methanol CH3OH mit Salzsaure HCl dargestellt 9 C H 3 O H H C l C H 3 O H H C l displaystyle mathrm CH 3 OH color Blue HCl rightarrow CH 3 OH color Blue H color Blue Cl nbsp 1 Schritt Protonierung der OH Gruppe und damit Bildung des Alkoxonium Ions C H 3 O H H C l C H 3 C l H O H displaystyle mathrm CH 3 OH color Blue H color Blue Cl rightarrow CH 3 color Blue Cl HO color Blue H nbsp 2 Schritt Nukleophiler Angriff des Chlorid Anions und damit Bildung von Chlormethan Die Reaktion erfolgt analog mit Ethern 9 Statt des Alkoxonium Ions wurde man als Zwischenstufe ein Dialkoxonium Ion erhalten Di Alkoxonium Ionen bei saurekatalysierter Addition an Alkene Bearbeiten Wasser und Alkohole addieren normalerweise nicht an Alkene Sie sind zu schwache Sauren das heisst ihre Wasserstoffatome konnen von der Doppelbindung des Alkens nicht abgenommen werden Anders bei Oxonium Ionen Die Doppelbindung kann ein Wasserstoff eines Oxoniumions entfernen Das daraus resultierende Carbeniumion wird vom Wasser oder Alkohol nukleophil angegriffen Daher lauft die Reaktion nur saurekatalysiert ab Beispielhaft ist im Folgenden der Mechanismus der saurekatalysierten Addition von Wasser an Ethen C2H4 dargestellt 10 H 2 C C H 2 H O H 2 H 2 C C H 2 H H 2 O displaystyle mathrm H 2 C CH 2 color Blue H OH 2 rightleftharpoons H 2 C underline CH 2 color Blue H color Blue H 2 O nbsp 1 Schritt Ein Oxonium Ion gibt ein H an Ethen ab Es entsteht ein Carbeniumion H 2 C C H 2 H H 2 O H 2 O H 2 C C H 2 H displaystyle mathrm H 2 C underline CH 2 color Blue H color Blue H 2 O rightleftharpoons color Blue H 2 O underline H 2 C CH 2 color Blue H nbsp 2 Schritt Das Carbeniumion wird vom Wasser nukleophil angegriffen Als Produkt dieses Zwischenschrittes entsteht ein an einen organischen Rest gebundenes Oxoniumion Genauer gesagt ein Alkoxoniumiom protonierter Alkohol H 2 O H 2 C C H 2 H H 2 O H O C H 2 C H 2 H H 2 O H displaystyle mathrm color Blue H 2 O underline H 2 C CH 2 color Blue H H 2 O rightleftharpoons color Blue HO CH 2 CH 2 H H 2 O color Blue H nbsp 3 Schritt Das Ethanoxoniumion protoniertes Ethanol ubertragt H auf ein Wassermolekul Es entsteht H3O und Ethanol Der Katalysator wurde damit wieder regeneriert Die Reaktion verlauft analog mit Alkoholen 10 Bei der Addition von einem Alkohol wurde man einen Ether erhalten Ohne Saure findet keine Reaktion statt H 2 C C H 2 H 2 O k e i n e R e a k t i o n displaystyle mathrm H 2 C CH 2 H 2 O rightarrow keine Reaktion nbsp Alkoxonium Ionen als Zwischenstufe einer Solvolyse Bearbeiten Alkoxoniumionen lassen sich auch als Zwischenschritt einer nukleophilen Substitution nach SN1 Mechanismus mit Wasser beobachten Nachfolgend ist eine unimolekulare nucleophile Substitution von tert Butylchlorid zu tert Butanol dargestellt 11 H 3 C 3 C C l H 3 C 3 C C l displaystyle mathrm H 3 C 3 C Cl rightleftharpoons H 3 C 3 C Cl nbsp 1 Schritt Dissoziation zu einem Carbenium Ion und Chlorid Ion H 3 C 3 C H 2 O H 3 C 3 C O H 2 displaystyle mathrm H 3 C 3 C color Blue H 2 O rightleftharpoons H 3 C 3 C color Blue OH 2 nbsp 2 Schritt Nukleophiler Angriff von Wasser In diesem Schritt entsteht als Produkt ein Alkoxoniumion H 3 C 3 C O H 2 H 2 O H 3 C 3 C O H H 2 O H displaystyle mathrm H 3 C 3 C color Blue OH 2 H 2 O rightleftharpoons H 3 C 3 C color Blue OH H 2 O color Blue H nbsp 3 Schritt Alkoxoniumionen sind sehr sauer und deprotonieren schnell Protonierte Carbonsauren Bearbeiten Carbonsauren zeigen typische pKs Werte von 1 bis 5 Eine Protonierung kann am sehr schwach basischen Sauerstoff Atom der Carbonylgruppe 12 mit sehr starken Mineralsauren erfolgen Protonierte Carbonsauren haben einen pKs von ca 6 Diese Zwischenstufen werden bei allen saurekatalysierten Veresterungen gebildet Phenoloxonium Ion Bearbeiten Phenol ist eine schwache Saure pKS 9 99 und eine schwache Base zugleich Zur Protonierung bedarf es sehr starker Sauren wie z B Jodwasserstoff Der pKS eines Phenoloxonium Ions betragt 6 7 13 Phenylalkylether konnen nur unter der Katalyse von Jodwasserstoff gespalten werden Umkehrung der Williamson Ethersynthese Die intermediar gebildete Phenoloxonium Zwischenstufe zerfallt in Phenol und Alkyliodid 14 Etherate Bearbeiten Diethylether bildet mit der Lewis Saure Bortrifluorid ein stabiles Oxoniumsalz das Bortrifluoriddiethyletherat Alkoxoniumionen haben einen pKs von ca 3 Einzelnachweise Bearbeiten Neil G Connelly Ture Damhus Richard M Hartshorn Alan T Hutton Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005 pdf Eintrag zu onium compounds In IUPAC Hrsg Compendium of Chemical Terminology The Gold Book doi 10 1351 goldbook O04291 Version 2 3 3 Eintrag zu oxonium ions In IUPAC Hrsg Compendium of Chemical Terminology The Gold Book doi 10 1351 goldbook O04378 Version 2 3 3 Brockhaus Naturwissenschaft und Technik Mannheim Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2003 A F Holleman E Wiberg N Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 101 Auflage Walter de Gruyter Berlin 1995 ISBN 3 11 012641 9 S 238 Evgenii S Stoyanov Irina V Stoyanova Christopher A Reed The Structure of the Hydrogen Ion Haq in Water In J Am Chem Soc 2010 132 5 S 1484 1485 doi 10 1021 ja9101826 Ivan Ernest Bindung Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie Springer Verlag 1972 S 152 ISBN 3 211 81060 9 Ivan Ernest Bindung Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie Springer Verlag 1972 S 250 ISBN 3 211 81060 9 a b K P C Vollhardt Neil E Schore Organische Chemie Wiley VCH Verlag GmbH amp Co KGaA Weinheim 2005 4 Auflage H Butenschon ISBN 3 527 31380 X S 258 259 a b Paula Yurkanis Bruice Organic Chemistry 4 Auflage Prentice Hall 2003 ISBN 0 13 141010 5 S 151 153 K P C Vollhardt Neil E Schore Organische Chemie Wiley VCH Verlag GmbH amp Co KGaA Weinheim 2005 4 Auflage H Butenschon ISBN 3 527 31380 X S 285 288 K P C Vollhardt Neil E Schore Organische Chemie Wiley VCH Verlag GmbH amp Co KGaA Weinheim 2005 4 Auflage H Butenschon ISBN 3 527 31380 X S 976 978 K P C Vollhardt Neil E Schore Organische Chemie Wiley VCH Verlag GmbH amp Co KGaA Weinheim 2005 4 Auflage H Butenschon ISBN 3 527 31380 X S 1174 1175 Saure Phenyletherspaltung In David R Dalton Foundations of Organic Chemistry John Wiley amp Sons 2011 ISBN 978 1 118 00538 5 S 693 eingeschrankte Vorschau in der Google BuchsucheLiteratur BearbeitenF Albert Cotton und Geoffrey Wilkinson Anorganische Chemie 2 Auflage VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin 1968 Hartwig Perst Oxonium Ions in Organic Chemistry Verlag Chemie Weinheim 1971 ISBN 3 527 25348 3 Hans Beyer und Wolfgang Walter Lehrbuch der Organischen Chemie 20 Auflage S Hirzel Verlag Stuttgart 1984 ISBN 3 7776 0406 2 Norman N Greenwood und A Earnshaw Chemie der Elemente Verlag Chemie Weinheim 1988 ISBN 3 527 26169 9 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Oxonium amp oldid 237590376