Podtlenek węgla

Podtlenek węgla (C₃O₂) – organiczny związek chemiczny z grupy tlenków węgla, dibezwodnik kwasu malonowego. W warunkach pokojowych jest trującym gazem^[1].

Podtlenek węgla

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) ditlenek triwęgla Inne nazwy i oznaczenia dibezwodnik kwasu malonowego propadiendion
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	C3O2
Masa molowa	68,03 g/mol
Wygląd	bezbarwny gaz o ostrym zapachu
Identyfikacja
Numer CAS	504-64-3
PubChem	136332
SMILES O=C=C=C=O
InChI InChI=1S/C3O2/c4-2-1-3-5 InChIKey GNEVIACKFGQMHB-UHFFFAOYSA-N
Właściwości Gęstość 0,003 g/cm³; gaz Temperatura topnienia -107 °C Temperatura wrzenia 6,8 °C
Budowa Układ krystalograficzny układ rombowy Moment dipolowy 0 D
Niebezpieczeństwa Europejskie oznakowanie substancji oznakowanie ma znaczenie wyłącznie historyczne Na podstawie podanego źródła Szkodliwy (Xn)
Podobne związki
Podobne związki	tlenki węgla podtlenek azotu
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Otrzymywanie

Podtlenek węgla został opisany po raz pierwszy w roku 1873 przez Benjamina Brodiego. Otrzymał go w postaci czerwonobrązowego nalotu na ściankach naczynia, w którym poddawał on działaniu prądu elektrycznego tlenek węgla^[2][3]. Nazwę podtlenek węgla nadał mu Marcellin Berthelot^[4].

Podtlenek węgla otrzymać można przez odwodnienie kwasu malonowego lub jego estrów za pomocą pięciotlenku fosforu^[5][6][1]:

CH
2(COOH)
2 + P
4O
10 → C
3O
2 + 4HPO
3

Przegląd jego metod otrzymywania i właściwości opublikowano w roku 1930^[7].

Budowa

W cząsteczce podtlenku węgla wszystkie atomy są ułożone w linii prostej i połączone skumulowanymi podwójnymi wiązaniami chemicznymi: O=C=C=C=O.

Strukturę krystaliczną C₃O₂ ustalono w roku 2001 metodą rentgenograficzną w temperaturze −120 °C. Podtlenek węgla w takich warunkach tworzy kryształy w układzie rombowym, w których prawie idealnie liniowe cząsteczki O=C=C=C=O tworzą warstwy o układzie jodełki^[6].

Właściwości chemiczne

Pod wpływem wody hydrolizuje do kwasu malonowego. Hydroliza z użyciem ciężkiej wody prowadzi do produktu zawierającego 4 atomy deuteru^[8][9]:

C
3O
2 + 2D
2O → CD
2(COOD)
2

Polimeryzacja

Podtlenek węgla ulega spontanicznej polimeryzacji, mogącej przebiegać wybuchowo, z uwolnieniem dużej ilości ciepła (136 kJ/mol). Produktem jest czerwono-czarne amorficzne ciało stałe, zachowujące wzór empiryczny C₃O₂^[5][10].

W roku 1960 Erich Ziegler na zjeździe Gesellschaft Deutscher Chemiker zaproponował policykliczną strukturę polimeru (C₃O₂)_n zawierającą skondensowane pierścienie α-pironu (2H-piran-2-onu)^[11], co zostało wkrótce potwierdzone w innych laboratoriach, jednak w roku 1984 struktura ta została zakwestionowana^[10]. W roku 2004 opublikowane zostały badania rentgenograficzne (C₃O₂)_n w roztworze dowodzące, że związek ten rzeczywiście zawiera jednostki α-pironu, a stopień polimeryzacji wynosi ok. n ≈ 40 (co jest niezgodne z wcześniejszymi wynikami n = 6–8 i wymaga potwierdzenia)^[10]. Strukturę poli-α-pironu potwierdziły też analizy ¹³C NMR w ciele stałym^[12].

Poli(podtlenek węgla) z wyróżnionym pierścieniem α-pironu^[10]