Хіміки вперше зібрали стабільний п'ятикутник з азоту

Будова молекулярного комплексу пентазолата амонію

Chong Zhang et al. / Science 2017

Хіміки з Нанкинского і Ляонінского науково-технологічних університетів вперше синтезували стабільну сіль незаміщених пентазола - хімічної сполуки, в якому п'ять атомів азоту об'єднані в п'ятикутний цикл. Подібні пентазолу з'єднання цікаві величезною кількістю енергії, яку вони запасають - на їх основі може бути розроблено паливо для космічних кораблів, також вони цікаві з точки зору військових застосувань. дослідження опубліковано в журналі Science.

У хімії відомо небагато частинок, повністю складаються тільки з атомів азоту, але при цьому стійких при звичайних умовах. Це нейтральний азот (N2) і заряджені частинки: азиди (N3-) і пентазіній (N5 +). Інтерес до подібних з'єднань викликаний тим, що згідно з теоретичними розрахунками, їх похідні можуть виявитися хорошими вибуховими або просто високоенергетичними сполуками. Тому хіміки намагаються розширити список цих частинок, синтезуючи і стабілізуючи нові азотисті кластери.

Один з об'єктів цього пошуку - пентазоли, п'ятиатомний циклічні молекули, що складаються з атомів азоту і одного атома водню (HN5). Майже у всіх відомих стабільних похідних пентазолов атом водню заміщений на бензольне кільце (або інші ароматичні ядра). існували припущення , Що сіль, утворена аніоном незаміщених пентазола і N5 + може виявитися термодинамічно стійкою. В такому випадку у азоту з'явилася б перша іонна аллотропная модифікація складу N10.

Однак довгий час отримати незаміщений пентазол не вдавалося. Лише в 2002 році частка спостерігалася в газовій фазі. Для синтезу дослідники селективно розривали зв'язок між пентазолом і стабілізуючим його бензольні ядром в умовах електроспрей мас-спектрометрії . Отримати ж тверді пентазоли не вдавалося досі.

Автори нової роботи використовували для синтезу солі пентазолат-аніону аналогічний підхід. Хіміки синтезували заміщений фенілпентазол і використовували для розриву зв'язку між двома циклами реакцію окислення. У ролі окислювача вчені вибрали мета -хлорпербензойную кислоту - це речовина містить у своїй структурі ПЕРОКСИДНОГО фрагмент. В результаті хіміки кристалізували стійку при кімнатній температурі сіль будови (N5) 6 (H3O) 3 (NH4) 4Cl.

Вчені відзначають, що несподівано висока стійкість (з'єднання починає розкладатися лише при нагріванні до 117 градусів Цельсія) пов'язана з кристалічною структурою солі. У ній пентазольний фрагмент з'єднаний водневими зв'язками з катіонами амонію і гидроксония. При видаленні хлорид-аніону (так само як і при видаленні амонію) відбувається розкладання поліазотістого ядра.

Цікаво, що два місяці тому, в грудні 2016 року, вийшла інша стаття, присвячена синтезу пентазолата цезію. Однак ця речовина виявилося стабільним лише при високому тиску. У ній пентазолати були синтезовані прямою реакцією між азидом цезію (CsN3) і рідким аміаком при тиску 600 тисяч атмосфер.

Пентазолати відносяться до іншого рідкісного класу речовин - неорганічних ароматичних іонів. Ці речовини мають ароматичностью, властивої, наприклад, бензолу. Його ізоелектронними аналогом є циклопентадієніл-аніон. Раніше ми повідомляли синтезі інших неорганічних ароматичних з'єднань: діфосфатріазолат-аніону і аналога бензолу з кремнію і миш'яку .