Onium-Verbindung

In der Chemie ist eine Onium-Verbindung oder ein Onium-Ion ein Kation, das formal durch Protonierung des Hydrids eines Pnictogens (Gruppe 15 im Periodensystem), Chalkogens (Gruppe 16) oder eines Halogens (Gruppe 17) entstanden ist. Das am längsten bekannte Onium-Ion und Namensgeber dieser Gruppe ist Ammonium, NH₄⁺, das protonierte Derivat von Ammoniak, NH₃.

Der Begriff Onium wird auch für Kationen benutzt, die aus der Substitution eines Wasserstoffatoms durch eine andere Gruppe (z. B. Organyl-Reste oder Halogene) resultieren würden, wie das Tetraphenylphosphonium, (C₆H₅)₄P⁺. Die substituierende Gruppe kann auch di- oder trivalent sein, wodurch sich z. B. Ionen wie das Iminiumion and Nitrilium ergeben.

Einordnung

Onium-Verbindungen sind invers analog zu at-Komplexen. Lewis-Basen bilden Onium-Ionen, wenn das Zentralatom eine weitere Bindung eingeht und zum Kation wird. Lewis-Säuren bilden at-Ionen, wenn das Zentralatom durch Eingehen einer weiteren Bindung Elektronen erhält und so zum Anion wird.

Onium-Ionen besitzen eine Ladung von +1. Ein Molekül mit zwei oder mehr Onium-Untergruppen wird als doppeltes Onium-Ion, dreifaches Onium-Ion usw. bezeichnet. Verbindungen, die aus einem Onium-Kation und einem Anion bestehen, werden als Onium-Salze bezeichnet.

Einfache Onium-Ionen

Im Folgenden ist eine Reihe von einfachen Onium-Ionen aufgeführt, also Hydriden ohne Substituenten.

Gruppe 15- (Stickstoffgruppe-)Onium-Kationen

• Ammonium, (IUPAC-Name: Azanium) NH₄⁺ (protonierter Ammoniak, IUPAC-Name: Azan)
• Phosphonium, PH₄⁺ (protoniertes Monophosphan)
• Arsonium, AsH₄⁺ (protoniertes Monoarsan)
• Stibonium, SbH₄⁺ (protoniertes Stiban)
• Bismutonium, BiH₄⁺ (protoniertes Bismutan)

Gruppe 16- (Chalkogen-)Onium-Kationen

• Oxonium, H₃O⁺ (protoniertes Wasser)
• Sulfonium, H₃S⁺ (protoniertes Sulfan)
• Selenonium, H₃Se⁺ (protoniertes Selan)
• Telluronium, H₃Te⁺ (protoniertes Monotellan)

Gruppe 17- (Halogen-)Onium-Kationen, Halonium-Ionen, H₂X⁺ (protonierte Halogenwasserstoffe)

• Fluoronium, H₂F⁺ (protonierter Fluorwasserstoff)
• Chloronium, H₂Cl⁺ (protonierter Chlorwasserstoff)
• Bromonium, H₂Br⁺ (protonierter Bromwasserstoff)
• Iodonium, H₂I⁺ (protonierter Iodwasserstoff)

Pseudohalogen-Onium-Kationen

• Aminodiazonium, H₂N₃⁺ (protoniertes Hydrogenazid)
• Hydrocyanonium, H₂CN⁺ (protoniertes Hydrogencyanid)

Gruppe 14- (Kohlenstoffgruppe-)Onium-Kationen

• Methanium, CH₅⁺ (protoniertes Methan, manchmal auch Methonium genannt, letzteres besitzt aber verschiedene Bedeutungen)
• Weitere Alkanium-Kationen: C_nH_(2n+3)⁺
  • Ethanium, C₂H₇⁺ (protoniertes Ethan)
  • Propanium, C₃H₉⁺ (Propan, an irgendeinem Kohlenstoff protoniert)
    • Propylium oder propan-1-ylium (Propan, am endständigen Kohlenstoffatom protoniert)
    • Propan-2-ylium (Propan, am mittleren Kohlenstoffatom protoniert)
  • Butanium, C₄H₁₁⁺ (Butan, an irgendeinem Kohlenstoff protoniert)
    • n-Butanium (n-Butan, an irgendeinem Kohlenstoff protoniert)
      • n-Butylium oder n-Butan-1-ylium (n-Butan, am endständigen Kohlenstoffatom protoniert)
      • n-Butan-2-ylium (n-Butan, am mittleren Kohlenstoffatom protoniert)
    • Isobutanium (Isobutan, an irgendeinem Kohlenstoff protoniert)
      • Isobutylium oder Isobutan-1-ylium (an einem Ende protoniertes Isobutan)
      • Isobutan-2-ylium (am mittleren Kohlenstoff protoniertes Isobutan)
  • Octonium, C₈H₁₉⁺ (protoniertes Octan)
• Silanium (manchmal auch Silonium), SiH₅⁺ (protoniertes Silan) (Sollte nicht Siliconium genannt werden.)
• Weitere Silanium-Kationen, Si_nH_(2n+3)⁺
  • Disilanium, Si₂H₇⁺ (protoniertes Disilan)
• Germonium, GeH₅⁺ (protoniertes German)
• Stannonium, SnH₃⁺ (protoniertes SnH₂; nicht protonierte Stannan SnH₄)
• Plumbonium, PbH₃⁺ (protoniertes Bleihydrid, PbH₂)

Gruppe 13- (Borgruppe-)Onium-Kationen

• Boronium-Kationen, BH₃⁺, BH₄⁺, BH₅⁺, BH₆⁺ (protonierte Borane)

Wasserstoff- Onium-Kationen

• Hydrogenonium, besser bekannt als Trihydrogen-Kation, H₃⁺ (protonierter [molekularer] oder [zweiatomiger] Wasserstoff).

Gruppe 18- (Edelgas-)Onium-Kationen

• Hydrohelium, besser bekannt als Helium-Hydridion, HeH⁺ (Protoniertes Helium). (Abundant in outer space).
• Kryptonium KrH⁺ (protoniertes krypton)
• Xenonium XeH⁺ (protoniertes xenon)

Onium-Ionen mit monovalenter Substitution

• primäre Ammonium-Kationen, RH₃N⁺ oder RNH₃⁺ (protoniertes, primäres Amin)
  • Hydroxylammonium, NH₃OH⁺ (protoniertes Hydroxylamin)
  • Methylammonium, CH₃NH₃⁺ (protoniertes Methylamin)
  • Ethylammonium, C₂H₅NH₃⁺ (protoniertes Ethylamin)
  • Hydrazinium oder Diazanium, NH₂NH₃⁺ (protoniertes Hydrazin)

• Sekundäre Ammonium-Kationen, R₂NH₂⁺ (protoniertes, sekundäres Amin)
  • Dimethylammonium (manchmal auch Dimethylaminium), (CH₃)₂NH₂⁺ (protoniertes Dimethylamin)
  • Diethylammonium (manchmal auch Diethylaminium), (C₂H₅)₂NH₂⁺ (protoniertes Diethylamin)
  • Ethylmethylammonium, C₂H₅CH₃NH₂⁺ (protoniertes Ethylmethylamin)
  • Diethanolammonium (manchmal auch Diethanolaminium), (C₂H₄OH)₂NH₂⁺ (protoniertes Diethanolamin)

• Tertiäre Ammonium-Kationen, R₃NH⁺ (protoniertes, tertiäres Amin)
  • Trimethylammonium (CH₃)₃NH⁺ (protoniertes Trimethylamin)
  • Triethylammonium (C₂H₅)₃NH⁺ (protoniertes Triethylamin)

• Quartäre Ammonium-Kationen, R₄N⁺ or NR₄⁺
  • Tetramethylammonium, (CH₃)₄N⁺
  • Tetraethylammonium, (C₂H₅)₄N⁺
  • Tetrapropylammonium, (C₃H₇)₄N⁺
  • Tetrabutylammonium, (C₄H₉)₄N⁺, abgekürzt auch Bu₄N⁺
  • Trimethylammonium-Verbindungen, (CH₃)₃RN⁺
  • Didecyldimethylammonium, (C₁₀H₂₁)₂(CH₃)₂N⁺
  • Pentamethylhydrazinium, N(CH₃)₂N(CH₃)₃⁺

• Quartäre Phosphonium-Kationen, R₄P⁺ oder PR₄⁺
  • Tetraphenylphosphonium, (C₆H₅)₄P⁺

• sekundäre Sulfonium-Kationen, R₂SH⁺ (protonierte Sulfide)
  • Dimethylsulfonium, (CH₃)₂SH⁺ (protoniertes Dimethylsulfid)

• Tertiäre Sulfonium-Kationen R₃S⁺
  • Trimethylsulfonium, (CH₃)₃S⁺

• Sekundäre Fluronium-Kationen R₂F⁺
  • Dichlorfluoronium, Cl₂F⁺

Onium-Kationen mit polyvalenten Substituenten

• sekundäre Ammonium-Kationen mit einem doppelt gebundenen Substituenten, R=NH₂⁺
  • Diazenium, HN=NH₂⁺ (protoniertes Diazen)

• quartäre Ammonium-Kationen mit einem doppelt gebundenen Substituenten und zwei einfach gebundenen Substituenten, R=NR₂⁺
  • Iminium, R₂C=NR₂⁺ (substituted protoniertes imine)
  • Diazenium, RN=NR₂⁺ (substituiert protoniertes Diazen)

• quartäre Ammonium-Kationen mit zwei doppelt gebundenen Substituenten, R=N=R⁺
  • Nitronium, NO₂⁺
  • µ-Nitrido-bis(triphenylphosphan)-chlorid, ((C₆H₅)₃P)₂N⁺

• tertiäre Ammonium-Kationen mit einem dreifach gebundenen Substituenten, R≡NH⁺
  • Nitrilium, RC≡NH⁺ (protoniertes Nitril)
  • Diazonium, N≡NH⁺ (protonierter Stickstoff)

• tertiäre Ammonium-Kationen mit zwei partiell doppelt gebundenen Substituenten, R=-NH⁺=-R
  • Pyridinium, C₅H₅NH⁺ (protoniertes Pyridin)

• quartäre Ammonium-Kationen mit einem dreifach gebundenen Substituenten und einem einfach gebundenen Substituenten, R≡NR⁺
  • Diazonium, N≡NR⁺ (substituierter, protonierter Stickstoff)
  • Nitrilium, RC≡NR⁺ (substituiertes, protoniertes Nitril)

• tertiäres Oxonium-Kation mit einem dreifach gebundenen Substituenten, R≡O⁺
  • Nitrosonium, N≡O⁺

• tertiäre Oxonium-Kationen mit zwei partiell doppelt gebundene Substituenten, R=-O⁺=-R
  • Pyrylium, C₅H₅O⁺

• tertiäre Sulfonium-Kationen mit dreifach gebundenen Substituenten, R≡S⁺
  • Thionitrosyl, N≡S⁺

Doppelonium-Dikationen

• Hydrazinium-Dikation, ⁺H₃NNH₃⁺ (doppelt protoniertes Hydrazin)
• Diazenium-Dikation, ⁺H₂N=NH₂⁺ (doppelt protoniertes Diazen)
• Diazonium-Dikation, ⁺HN≡NH⁺ (doppelt protonierter Stickstoff)

Ungewöhnliche Onium-Kationen

• Borenium-Kation, R₂B⁺ (protoniertes Borylen)
• Carbenium-Kation, R₃C⁺ (protonierte Carbene)
  • Methenium-Kation, H₃C⁺ (protoniertes Methylen)
• Silylium-Kation, R₃Si⁺ (protoniertes Silylen)
• Nitrenium-Kation, R₂N⁺ (protoniertes Nitren)
• Mercurinium-Kation, R₃Hg⁺ (protonierte Organoquecksilber-Verbindung; gebildet als Intermediat in Oxymercurierungen)

Weblinks

• Eintrag zu onium compounds. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.O04291 – Version: 2.3.3.
• Überblick auf chem.qmul.ac.uk (englisch)