Il metanio (detto a volte metanonio e a volte menzionato erroneamente come "metonio") è il catione molecolare derivante dal metano per aggiunta di un protone (H+), la cui formula molecolare è [CH5]+:
CH4 + H+ → [CH5]+
Si tratta di una specie chimica estremamente reattiva, in grado di cedere esotermicamente un H+ ad una ampia varietà di molecole (acido di Brønsted), compresi gli idrocarburi, formando (la sua base coniugata) e molecole protonate, tanto da essere considerato un superacido.
Il metanio è il più semplice degli alcanii, aventi formula generale [CR5]+, dove R può essere anche H e tali gruppi possono essere diversi tra loro.
Struttura
Da un punto di vista alternativo, il catione può essere considerato come il risultato dell'interazione di tipo acido-base di Lewis del catione metilico CH3+In CH3+, il carbonio manca di una coppia elettronica ed è quindi un forte acido di Lewis. (il più semplice catione carbeniocarbenio = carbene protonato, con C ibridato sp2.) con una molecola di idrogeno H2, che funge da base per mezzo della densità elettronica del suo legame sigma; l'esito di tale interazione è il catione molecolare [CH5]+.
Questo ione molecolare è descrivibile in modo equivalente come [H3C(H2)]+ (vedi figura), dove l'atomo di carbonio è pentacoordinato, oppure anche come un complesso tra lo ione metile e H2, H3C+←(H2), con un legame a tre centri e due elettroni, come nei borani.
Per il carbonio questo è un esempio di ipercoordinazione. Tuttavia, nel metanio l'atomo di carbonio ha ancora 8 elettroni esterni, come nel metano da cui esso deriva, e pertanto non si tratta di una specie ipervalente.
Questo ione molecolare non ha una struttura geometrica fissa, è una specie flussionale che si interconverte facilmente tra varie geometrie simili, con gli atomi di idrogeno che si scambiano di posto.
Sintesi A temperatura ambiente e circa 270 Pa di pressione, lo ione radicalico del metano ·CH4+, prodotto per impatto elettronico in condizioni spettrometriche di massa, reagisce con una molecola di metano per produrre metanio e un radicale metilico:
*CH4+ + CH4 -> CH5+ + *CH3 Nella reazione di protonazione di idrocarburi con superacidi forti, come acido fluoroantimonico, si formano cationi alcanio come intermedi più o meno labili, che potrebbero riarrangiarsi a dare carbocationi più stabili; nel caso del tetrametilmetano viene formato come intermedio il t-butilmetanio, che poi si frammenta dando il catione t-butile e metano:
(CH3)3C−CH3 + H+(superacido) → [(CH3)3C−CH4]+ → (CH3)3C+ + CH4
Note
Altri progetti
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