Химики получили стабильный кристаллический нитрен

Немецкие химики впервые получили стабильный при комнатной температуре нитрен. Они синтезировали его из стерически затрудненного азида и охарактеризовали с помощью рентгеновской дифракции и ЭПР-спектроскопии. Исследование опубликовано в журнале Science.

Чтобы органическое вещество было стабильным, входящие в него атомы должны иметь по восемь электронов на внешнем электронном уровне. Это правило, предложенное Гильбертом Льюисом в начале XX века, работает только для элементов второго периода — в частности, для углерода и азота. Но современные химики умеют получать стабильные соединения, в которых атомы углерода имеют не восемь, а шесть электронов — их называют карбены. А вот устойчивых соединений с шестью электронами у атома азота — нитренов — ученые до сих пор найти не могли.

С этой задачей недавно справились немецкие химики под руководством Йенса Бекманна (Jens Beckmann) из Бременского университета. Они предположили, что при достаточном объеме органических групп, окружающих секстетный атом азота, нитрен может оказаться стабильным. В качестве исходного вещества для синтеза ученые решили использовать ароматический азид, замещенный по бокам двумя флуоренильными фрагментами. Когда химики облучали раствор этого азида ультрафиолетовым светом в бензоле, они наблюдали его разложение — при этом образовывался соответствующий нитрен. Далее исследователям удалось вырастить красные кристаллы полученного соединения из дихлорметана.

Образовавшиеся кристаллы химики исследовали рентгеновской дифракцией. Так они выяснили, что получили целевой нитрен. Чтобы быть уверенными, что образовался именно нитрен, а не обычный амин, они синтезировали из азида соответствующий амин и также провели его рентгеноструктурный анализ, а затем сравнили два полученных результата. Помимо того, что в нитрене, в отличие от амина, не было связанных с азотом атомов водорода, длины связей в нем также были другие — так ученые удостоверились, что получили именно нитрен.

Далее химики исследовали стабильность полученного вещества. Они выдерживали его несколько дней в атмосфере аргона в твердом виде и при этом не наблюдали разложения. Однако при нагревании его бензольного раствора происходила перегруппировка — при этом получался вторичный амин, а одно из флуоренильных колец разрывалось.

В результате химики получили стабильный при комнатной температуре нитрен и подтвердили его структуру. Согласно зарегистрированным ЭПР-спектрам, он имел триплетное основное электронное состояние. А его стабильность, по данным квантово-химических расчетов, связана не только со стерической нагрузкой, но и с делокализацией электронной плотности между атомом азота и связанным с ним бензольным кольцом.

Недавно мы рассказывали о том, как химики получили стабильный вторичный углеродный радикал — частицу с семью электронами у одного из атомов углерода.