В химии катион пентазения (также известный как пентанитрог ) представляет собой положительно заряженный многоатомный ион с химической формулой N. +5и структура N-N-N-N-N . Вместе с твердыми азотсодержащими полимерами и азид- анионом он является одним из трех видов полиазота, получаемых в больших количествах.
В рамках исследовательской программы High Energy Density Matter , проводимой ВВС США с 1986 года, систематические попытки приблизиться к полиазотным соединениям начались в 1998 году, когда исследовательская лаборатория ВВС на авиабазе Эдвардс заинтересовалась исследованием альтернатив высокотоксичному ракетному топливу на основе гидразина . и одновременно профинансировал несколько таких предложений. Карл О. Кристе , тогдашний старший исследователь AFRL, решил попытаться построить линейную N+5из N 2 F + и N−3, исходя из предложенной структуры облигаций: [1]
Реакция прошла успешно, и [N 5 ] + [AsF 6 ] − образовались в достаточных количествах, чтобы их можно было полностью охарактеризовать методами ЯМР, ИК и рамановской спектроскопии в 1999 году. [2] Соль была взрывоопасной, но когда AsF 5 был заменен на Была получена SbF 5 , более сильная кислота Льюиса, гораздо более стабильная [N 5 ] + [SbF 6 ] − , ударопрочная и термически стабильная до 60–70 °С. Это сделало возможными большие количества, простоту обращения и рентгеновский анализ кристаллической структуры. [3]
Реакция N 2 F + и HN 3 в сухом HF при −78 °C — единственный известный на сегодняшний день метод:
Н+5способен окислять воду, NO, NO 2 и Br 2 , но не Cl 2 или O 2 ; его сродство к электрону составляет 10,44 эВ (1018,4 кДж/моль). По этой причине Н+5должны быть подготовлены и обработаны в сухой среде:
Из-за стабильности фторантимоната он используется в качестве предшественника для всех других известных солей, что обычно осуществляется реакциями метатезиса в неводных растворителях, таких как HF, SO 2 , CHF 3 или CH 3 CN , где подходящие гексафторантимонаты нерастворимы:
Наиболее устойчивые соли N+5при нагревании до 50–60 °С разлагаются: [N 5 ] + [SbF 6 ] − , [N 5 ] + [SnF 5 ] − и [N 5 ] + [B(CF 3 ) 4 ] − , а Наиболее нестабильные соли, которые были получены и изучены, [N 5 ] + [P(N 3 ) 6 ] − и [N 5 ] + [B(N 3 ) 4 ] − были чрезвычайно чувствительны к ударам и температуре, взрываясь в растворах как разбавленные. как 0,5 ммоль. Ряд солей, таких как фторид, азид, нитрат или перхлорат, не могут образовываться. [1]
В теории валентных связей пентазений можно описать шестью резонансными структурами :
где последние три структуры имеют меньший вклад в общую структуру, поскольку они имеют менее благоприятные формальные зарядовые состояния, чем первые три. [4] [ нужен лучший источник ]
Согласно как ab initio расчетам, так и экспериментальной рентгеновской структуре, катион плоский, симметричный, примерно V-образный, с валентными углами 111° у центрального атома (угол N2–N3–N4) и 168° у второго атома. и четвертые атомы (углы N1–N2–N3 и N3–N4–N5). Длины связей N1–N2 и N4–N5 составляют 1,10 Å, а длины связей N2–N3 и N3–N4 – 1,30 Å. [3]