Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Liu Jianyong e dal Prof. Han Keli del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze ha svelato il meccanismo sintetico del nuovo materiale energetico del ciclo-N ₅ ^- sale. I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Physical Chemistry Letters .

Rispetto al tradizionale C, H, N, Materiali energetici a base di O, i poliazoti hanno un maggiore accumulo di energia chimica e nessun inquinamento, rendendoli uno dei candidati più promettenti per il nuovo materiale ad alta energia.

Nel 2017, la sintesi di massa di ciclo-N ₅ ^- sale da arilpentazolo attraverso il trattamento di Fe(Gly) ₂ e m-CPBA è stato raggiunto. Però, la bassa resa di produzione e il meccanismo di reazione sconosciuto limitano l'applicazione del ciclo-N ₅ ^- come materiale energetico.

I ricercatori hanno condotto uno studio meccanicistico approfondito sulla sintesi del ciclo-N ₅ ^- . Hanno studiato la sintesi di arilpentazolo, che è il precursore del ciclo-N ₅ ^- , ha fornito il meccanismo sintetico completo dell'arilpentazolo, e discusso l'effetto sostituente. Questi risultati hanno rivelato la struttura corretta e le condizioni di reazione per la produzione di arilpentazolo con una resa maggiore.

Sulla base dei risultati di cui sopra, il presente studio ha svelato il meccanismo della scissione selettiva del legame CN nell'arilpentazolo. Il bisglicinato ferroso ad alto spin (Fe(Gly) ₂ ) viene prima ossidato da m-CPBA, che porta alla formazione di un complesso ferro(IV)-osso ad alta valenza. Questo intermedio Fe(IV)-oxo può rompere efficacemente il legame CN nell'arilpentazolo mantenendo intatto l'anello pentazolo.

Oltretutto, l'effetto di impilamento π-π tra arilpentazolo e m-CPBA favorisce la formazione di dimmer e trimeri, che impedisce al Fe-oxo di attaccare il legame C-N dell'arilpentazolo. Come ottenere efficacemente la struttura del ferro(IV)-osso è la chiave per aumentare la resa di ciclo-N ₅ ^- .

Questo studio fornisce preziose indicazioni teoriche per la sintesi efficiente di ciclo-N ₅ ^- . È stato sostenuto dal Science Challenge Project e dalla National Natural Science Foundation of China.