Molekül- und Kristallstruktur der Phosphonsäure H3PO3 : Röntgen- und Neutronenbeugungsuntersuchungen an der Hydrogen- und der Deuterium-Verbindung (Wasserstoffbrücken ; 1)

Abstract

Die Struktur der Phosphonsäure H 3 PO 3 wurde mittels Neutronenbeugung (λ = 104,22 pm) an einem Einkristall bei 15,0 ± 0,1 K neu bestimmt, so daß Gitterparameter {Pna21; Z = 8; a = 716,6(3); b = 1201,3(5); c 674,3(3) pm} und Bindungslängen {Mittelwerte aus zwei kristallographisch unabhängigen Molekülen: P-O 155; P = O 150; P-H 139; O-H 101 pm} nun sehr genau (R = 0,053) bekannt sind. Jedes Molekül nimmt teil an vier unsymmetrischen Wasserstoff-Brückenbindungen (O...H 155 bis 160 pm; O-H...O 168 bis 177°), wobei die Hydroxyl-Gruppen als Donoren und die Phosphoryl-Fragmente als jeweils zweifache Akzeptoren auftreten. Insgesamt wird so ein komplexes, aus Maschen von vier und acht Knoten im Verhältnis 1:2 bestehendes Raumnetz aufgespannt, obwohl die Moleküle selbst verhältnismäßig übersichtlich im Sinne einer kubisch dichtesten Anordnung gepackt sind. Eine zum Vergleich bei 173 ± 3 K durchgeführte Röntgenstrukturanalyse (R = 0,032) ergab in den P-O-Abständen und O-P-O-Winkeln kaum nennenswerte Unterschiede; eine zusätzliche, vergleichende Neutronenbeugungsuntersuchung bei 15,0 ± 0,1 K ( λ= 131,68 pm; isotrope atomare Auslenkungsparameter) an der Hydrogen- (R = 0,044) und an der Deuterium-Verbindung (R = 0,041) führte zu weitgehend übereinstimmenden Strukturmodellen für die Isotopomeren.

The structure of phosphonic acid H 3 PO 3 has been redetermined by single crystal neutron diffraction (λ = 104.22 pm) at 15.0 ± 0.1 K yielding lattice parameters {Pna21; Z = 8; a = 716.6(3); b = 1201.3(5); c = 674.3(3) pm} and bond lengths {mean values from two crystallographically independent molecules: P-O 155; P=O 150; P-H 139; O-H 101 pm} of high reliability (R = 0.053). Each molecule is involved in four asymmetric hydrogen bonds (O...H 155 to 160pm; O-H...O 168 to 177°) with either hydroxyl group donating and the phosphoryl fragment acting as a twofold acceptor. Thus a complex, three-dimensional net, consisting of four- and eight-point circuits in a 1:2 ratio, is put up although the molecules are packed in a comparatively simple way to form an almost cubic closest arrangement. An X-ray crystal structure determination (R = 0.032) carried out at 173 ± 3 K for comparison revealed no significant differences and angles between phosphorus and oxygen atoms; an additional comparing neutron diffraction study at 15.0 ± 0.1 K ( λ= 131.68 pm; isotropic atomic displacement parameters) of the hydrogen (r = 0.044) and deuterium compounds (R = 0.041) resulted in nearly identical structural models for the two isotopomers.