ペンタゼニウム
多原子陽イオン（N–N–N–N–N）
ペンタゼニウム
様々な次元を持つペンタゼニウムの骨格式
様々な次元を持つペンタゼニウムの骨格式
名前
その他の名前
五窒素カチオン
識別子
  • 236412-64-9 チェックはい
  • 12596-65-5 チェックはい
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
  • 139031002
  • InChI=1S/N5/c1-3-5-4-2/q+1 ☒北
    キー: UXGCMSPHSBEHRM-UHFFFAOYSA-N ☒北
  • N#[N+][N-][N+]#N
プロパティ
北+5
モル質量 70.0335 g/モル
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
☒北 検証する （何ですか  ？） チェックはい☒北
化合物

化学において、ペンタゼニウム カチオン（ペンタニトロゲンとも呼ばれる）は、化学式Nの正に帯電した多原子イオンである。 +5構造は N −N−N−N−Nである。固体窒素ポリマーおよびアジドアニオンとともに、バルク量で得られる わずか3種類のポリ窒素化合物のうちの1つである。

歴史

1986年からアメリカ空軍が実施している高エネルギー密度物質研究プログラムにおいて、多窒素化合物への体系的なアプローチは1998年にエドワーズ空軍基地の空軍研究所が、毒性の高いヒドラジン系ロケット燃料の代替品の研究に興味を持ち、同時に複数の提案に資金提供したことから始まりました。当時、空軍研究所の上級研究員であったカール・O・クリステは、線形窒素化合物の構築に挑戦することを選択しました。+5N 2 F +とNから−3提案された結合構造に基づくと：[1]

[F−N≡N] + + H−N=N + =N − → [N≡N−N=N=N] + + HF

反応は成功し、1999年にはNMR、IR、ラマン分光法によって完全に特性評価できる量の[N 5 ] + [AsF 6 ] −が生成されました。[2]この塩は爆発性が非常に高かったのですが、AsF 5 をSbF 5に置き換えると、より強力なルイス酸となり、はるかに安定した[N 5 ] + [SbF 6 ] −が生成されました。この塩は耐衝撃性があり、60～70℃まで熱的に安定していました。これにより、大量生産が可能になり、取り扱いが容易になり、X線結晶構造解析も可能になりました。[3]

実際、N5+は1991年にPyykköとRunebergによって第一原理計算によってジシアナミド等電子系列のメンバーとして予測されており、これは1999年にChriste [2]の文献[10]として引用されました。

準備

乾燥HF中、-78℃で N 2 F +とHN 3を反応させる方法が、これまでのところ唯一知られている方法である。

シス-N 2 F 2 + SbF 5 → [N 2 F] + [SbF 6 ] −
[N 2 F] + [SbF 6 ] − + HN 3 → [N 5 ] + [SbF 6 ] − + HF

化学

北+5水、NO、 NO 2、Br 2を酸化できるが、Cl 2やO 2は酸化できない。その電子親和力は10.44 eV（1018.4 kJ/mol）である。このため、N+5乾燥した環境で準備および取り扱いをする必要があります。

4北+5+ 2 H 2 O → 4 H + + 10 N 2 + O 2
2 [N 5 ] + [SbF 6 ] − + 2 Br 2 → 2 [Br 2 ] + [SbF 6 ] − + 5 N 2

フルオロアンチモネートは安定しているため、他のすべての既知の塩の前駆体として使用され、通常は、適切なヘキサフルオロアンチモネートが不溶性のHF、SO 2、CHF 3、またはCH 3 CNなどの非水溶媒中でのメタセシス反応によって達成されます。

[N 5 ] + [SbF 6 ] − + A + B − → [N 5 ] + B − + A + [SbF 6 ] −

Nの最も安定した塩+550～60℃に加熱すると分解する：[N 5 ] + [SbF 6 ] −、[N 5 ] + [SnF 5 ] −、[N 5 ] + [B(CF 3 ) 4 ] −。一方、研究対象となった最も不安定な塩である[N 5 ] + [P(N 3 ) 6 ] −と[N 5 ] + [B(N 3 ) 4 ] −は、衝撃と温度に非常に敏感で、0.5 mmolの希薄溶液でも爆発する。フッ化物、アジ化物、硝酸塩、過塩素酸塩などの多くの塩は生成されない。[1]

構造と結合

原子価結合理論では、ペンタゼニウムは6つの共鳴構造で記述できる。

[N≡N + −N − −N + ≡N] ↔ [N − =N + =N−N + ≡N] ↔ [N≡N + −N=N + =N − ] ↔ [N≡N + −N + ≡N + −N 2− ] ↔ [N 2− −N + ≡N + −N + ≡N] ↔ [N − =N + =N + =N + =N − ]、

最後の3つの構造は、最初の3つよりも形式電荷状態があまり好ましくないため、全体の構造への寄与は小さくなります。 [4] [より良い情報源が必要]

第一原理計算と実験的X線構造の両方によると、陽イオンは平面対称で、ほぼV字型であり、中心原子（角N2-N3-N4）での結合角は111°、2番目と4番目の原子（角N1-N2-N3とN3-N4-N5）での結合角は168°である。N1-N2とN4-N5の結合長は1.10Å、N2-N3とN3-N4の結合長は1.30Åである。[3]

参照

参考文献

  1. ^ ab Christe, Karl O. (2007年6月14日). 「 Nの化学における最近の進歩+
    5    、N−
    5    および高酸素化合物」。推進剤、爆薬、花火。32 （3）：194-204。doi ： 10.1002/prep.200700020。
  2. ^ Christe, Karl O.; William W. Wilson; Jeffrey A. Sheehy; Jerry A. Boatz (1999年7月12日). 「N+5：高エネルギー密度材料としての新規ホモレプティック多窒素イオン」. Angewandte Chemie International Edition . 38 ( 13–14 ): 2004–2009 . doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19990712)38:13/14<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-7 . PMID  34182671.
  3. ^ ab Vij, Ashwani; William W. Wilson; Vandana Vij; Fook S. Tham; Jeffrey A. Sheehy; Karl O. Christe (2001年6月9日). "Polynitrogen Chemistry. Synthesis, Characterization, and Crystal Structure of Surprisingly Stable Fluoroantimonate Salts of N+5". J. Am. Chem. Soc . 123 (26): 6308– 6313. Bibcode :2001JAChS.123.6308V. doi :10.1021/ja010141g. PM​​ID 11427055. 2017年9月23日時点のオリジナル よりアーカイブ。 2018年4月29日閲覧。
  4. ^ 「N+5のルイス構造の描き方」Chemistry Net Blogspot . Blogger. 2012年10月31日. 2016年11月8日閲覧。
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