首次合成具有芳香氮环的化合物

一个由拜罗伊特大学研究人员组成的国际团队提出了自然化学中氮化学的潜在突破性发现：首次合成了一种含有氮原子芳香环的化合物。

氮和钾的化合物是在极高的压力和温度下生产的。它具有非常复杂的结构，但其主要组成部分是六个氮原子的平面环，称为六嗪阴离子，因为它带有负电荷。六嗪阴离子中氮原子的排列类似于苯中碳原子的排列，苯是一种自然界中普遍存在的芳香族化合物。

虽然术语“芳香”最初涉及气味，但今天它在化学中的使用仅限于具有特定电子，结构或化学性质的化合物。这些化合物的独特稳定性被称为芳香性。芳香族化合物在化学和生物学以及众多工业分支中发挥着重要作用。

虽然芳香性最初被认为是碳循环独有的，但后来表明，由碳杂环和非碳循环组成的许多系统可以具有芳烃特性。然而，到目前为止，氮芳香性仅限于[N₅]⁻五唑酸盐阴离子。

涉及拜罗伊特大学晶体学实验室和巴伐利亚实验地球化学与地球物理研究所(BGI)的国际合作现已取得重大突破。在极端压力和温度条件下，合成了含有[N₆]⁴⁻六嗪环的复杂化合物K₉N₅₆。

K₉N₅₆的结构由[N₆]⁴⁻和[N₅]⁻环以及中性氮二聚体的复杂排列组成。研究人员发现，[N₆]⁴⁻ 己嗪环的结构符合以物理化学家埃里希·许克尔命名的化合物芳香性规则：环是环状的，平面的，具有(4n + 2)π电子(10π系统)。

“这是第一次合成由六个氮原子组成的环，遵循Hückel芳香性规则。键长考虑和电子电荷密度的计算进一步支持其芳香族特性。新合成的[N₆]⁴⁻六嗪环与苯具有惊人的相似性，苯是自然界中无处不在的芳香碳化合物，“晶体学实验室的h.c. Natalia Dubrovinskaia教授博士说。

“这项研究提供了一个引人注目的例子，与高密度结构简单性的比喻相矛盾。我们希望这种芳香族六嗪阴离子的合成，以及芳香族[N₅]⁻五唑阴离子的合成，可以刺激氮化学的进一步探索，以寻找新的氮基技术材料，“华大基因的h.c. Leonid Dubrovinsky教授博士补充道。

复合化合物K₉N₅₆是在异常条件下形成的：叠氮化钾(KN₃)和分子氮(N₂)在比地球大气压力高400万倍的压力下被压缩，并用高功率激光加热到000摄氏度。

下一步是阐明这种新化合物的内部结构。为此，样品暴露在两个粒子加速器的强X射线束下，即汉堡德国电子同步加速器(DESY)的PETRA III X射线源和格勒诺布尔的欧洲同步辐射设施(ESRF-EBS)。

“我们对化合物K₉N₅₆的原子排列感到非常惊讶：对于在如此高压下产生的固体，它的复杂性几乎从未观察到。我们发现它由520个原子的重复排列组成：72 K和448 N。虽然我们可以立即看到平面[N₆]⁴⁻环满足芳香性的基本要求，但我们应用了先进的计算方法来验证这一点，“爱丁堡大学的Dominique Laniel博士报道，新论文的第一作者。

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