Onlangs, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Liu Jianyong en Prof. Han Keli van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft het synthetische mechanisme van het nieuwe energetische materiaal van cyclo-N ontrafeld ₅ ^- zout. Hun resultaten werden gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters .

Vergeleken met de traditionele C, H, N, O-gebaseerde energetische materialen, polystikstoffen hebben een hogere chemische energieopslag en geen vervuiling, waardoor ze een van de meest veelbelovende kandidaten zijn voor het nieuwe hoogenergetische materiaal.

in 2017, de bulksynthese van cyclo-N ₅ ^- zout uit arylpentazol door de behandeling van Fe(Gly) ₂ en m-CPBA werd bereikt. Echter, de lage productieopbrengst en het onbekende reactiemechanisme beperken de toepassing van cyclo-N ₅ ^- als energetisch materiaal.

De onderzoekers voerden een diepgaande mechanistische studie uit naar de synthese van cyclo-N ₅ ^- . Ze bestudeerden de synthese van arylpentazol, dat is de voorloper van cyclo-N ₅ ^- , gaf het volledige synthetische mechanisme van arylpentazol, en besprak het substituenteffect. Deze resultaten onthulden de juiste structuur en reactieomstandigheden voor de productie van arylpentazol met een hogere opbrengst.

Op basis van bovenstaande resultaten, de huidige studie onthulde het mechanisme van selectieve splitsing van C-N-bindingen in arylpentazol. Het ferrobisglycinaat met hoge spintoestand (Fe(Gly) ₂ ) wordt eerst geoxideerd door m-CPBA, wat leidt tot de vorming van een hoogwaardig ijzer(IV)-oxocomplex. Dit Fe(IV)-oxo-tussenproduct kan de C-N-binding in arylpentazol effectief verbreken terwijl de pentazolring intact blijft.

Daarnaast, het π-π-stapeleffect tussen arylpentazol en m-CPBA bevordert de vorming van dimmers en trimeren, die de Fe-oxo verhindert de C-N-binding van arylpentazol aan te vallen. Het effectief verkrijgen van de ijzer(IV)-oxostructuur is de sleutel om de opbrengst aan cyclo-N . te verhogen ₅ ^- .

Deze studie biedt waardevolle theoretische richtlijnen voor de efficiënte synthese van cyclo-N ₅ ^- . Het werd ondersteund door het Science Challenge Project en de National Natural Science Foundation of China.