过三氧化氢

过三氧化氢也称为“三氧化氢”或“三氧化二氢”，其化学式为“H2O3”或“HOOOH”，是氢元素的氧化物。他是一种不稳定的化合物，在水溶液中会分解为水和单线态氧：

过三氧化氢
IUPAC名
Trioxidane
三氧烷
别名 三氧化二氢
识别
CAS号 14699-99-1  checkY
PubChem 166717
ChemSpider 145859
SMILES
 
  • [H]OOO[H]
InChI
 
  • 1/H2O3/c1-3-2/h1-2H
InChIKey JSPLKZUTYZBBKA-UHFFFAOYAV
Gmelin 200290
ChEBI 46736
性质
化学式 H2O3
摩尔质量 50.01 g·mol−1
外观 无色至微紫色液体
密度 1.672 g/cm3
溶解性（水） 与水混溶
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

上述反应的逆反应（向水分子中插入单线态氧原子）一般情况下由于单线态氧原子不足而速率小于正反应速率。

理论研究表明，过三氧化氢有顺式和反式共两种异构体，其中反式异构体比顺式异构体更稳定。二阶全活化空间微扰理论（complete active space perturbation theory of second order，CASPT2）预测结果显示，在单激发态中，顺式过三氧化氢寿命最长的激发态为21A"，跃迁能为167.43nm，寿命为1.44×10-5s；而反式过三氧化氢寿命最长的激发态为21A，其跃迁能为165.52nm，寿命为2.07×10-5s。[1]

在生命系统中，臭氧是由单线态氧形成的，现在推测其原理是：臭氧是单线态氧与水产生的H2O3的抗体催化产物。[2]

制备

过三氧化氢可由O3和H2O2的反应或水的电解少量制备。用以上两种反应制得的过H2O3的量虽然较少，但已可检测出其存在。

若需获得大量H2O3，则要利用有机还原剂（例如氢化偶氮苯）在有机溶剂中低温还原O3，H2O3也能在有机过三氧化氢分解时产生（ROOOH）。[3]

过臭氧过程

O3与H2O2反应（过臭氧化）的过程也被称为“过臭氧过程”（Peroxone process）。而O3与H2O2的混合物曾被用作含有各种有机化合物的地下水的处理剂。上述反应也能产生H2O5及一些环状化合物。[4]

结构

光谱学分析已指出H2O3分子具有曲折的结构（H-O-O-O-H），具有C2对称性，其中，H2O3O-O键的键长约为142.8pm，略短于H2O3中的146.4pm。O-H键的键长为96.6pm，H-O-O键角为101.9°，O-O-O键角为106.8°，H-O-O-O二面角为81.2°。[3]

H2O3还可能以多种二聚体及三聚体的形式存在。

酸性

H2O3是一种弱电解质，其酸性比H2O2略强，在溶液中可电离产生H+和OOOH-。[5]

反应

其能自发地分解为水与单线态氧。室温下有机溶剂中的H2O3的半衰期约为16min，而H2O3在水中的半衰期只有几毫秒。

H2O3能与有机硫化物反应生成亚砜，但现在对这类反应的了解仍不多。

存在与存在形式

由于在生命系统中H2O3像臭氧/过氧化氢混合物一样，也能由人体内的抗体能产生，并利用其强氧化性对抗入侵的细菌等病原体。所以新近的研究认为H2O3是上述混合物中起抗菌作用的活性物质。[2][6]生命系统中H2O3由免疫细胞产生的单线态氧和水反应获得（该化学反应的方向视各物质的浓度而定）。[3][7]

2005年，H2O3被利用微波光谱学在超音速客机中发现，其分子呈现反式构象（trans conformation），其中的O-O键短于H2O2中的O-O键。

计算化学方面的预测表明还可能有包含更多氧原子的链状分子（或多氧化氢）存在，在低温气体中，甚至连具有无数个氧原子的链也可能存在。

在该证据支持下，一项对星际物质中的这类物质的寻找可能将会展开。[5]

参考文献
  1. 王连宾、吴文鹏、张敬来. . 物理化学学报. 2006, 22 (8): 1079–1084.
  2. Paul T. Nyffeler, Nicholas A. Boyle, Laxman Eltepu, Chi-Huey Wong, Albert Eschenmoser, Richard A. Lerner, Paul Wentworth Jr. . Angewandte Chemie International Edition. 2004, 43 (35): 4656–4659. PMID 15317003. doi:10.1002/anie.200460457.
  3. Božo Plesničar. . Acta Chim. Slov. 2005, 52: 1–12.
  4. Xin Xu and William A. Goddard III. .
  5. Kohsuke Suma, Yoshihiro Sumiyoshi, and Yasuki Endo. . J. Am. Chem. Soc. 2005, 127 (43): 14998–14999 [2020-09-19]. PMID 16248618. doi:10.1021/ja0556530. （原始内容存档于2013-05-23）.
  6. A Time-Honored Chemical Reaction Generates an Unexpected Product （页面存档备份，存于）, News & Views, September 13, 2004
  7. Roald Hoffmann. . American Scientist. 2004 [2011-01-14]. （原始内容存档于2016-03-03）.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.