Nyligen, ett forskarlag ledd av Prof. Liu Jianyong och Prof. Han Keli från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin avslöjade den syntetiska mekanismen hos det nya energiska materialet av cyclo-N ₅ ^- salt. Deras resultat publicerades i Journal of Physical Chemistry Letters .

Jämfört med det traditionella C, H, N, O-baserade energiska material, polykväve har högre lagring av kemisk energi och inga föroreningar, vilket gör dem till en av de mest lovande kandidaterna för det nya högenergimaterialet.

Under 2017, bulksyntesen av cyklo-N ₅ ^- salt från arylpentazol genom behandling av Fe (Gly) ₂ och m-CPBA uppnåddes. Dock, det låga produktionsutbytet och den okända reaktionsmekanismen begränsar användningen av cyklo-N ₅ ^- som energiskt material.

Forskarna genomförde en djupgående mekanistisk studie av syntesen av cyklo-N ₅ ^- . De studerade syntesen av arylpentazol, som är föregångaren till cyklo-N ₅ ^- , gav den fullständiga syntetiska mekanismen för arylpentazol, och diskuterade substituenteffekten. Dessa resultat avslöjade den rätta strukturen och reaktionsförhållandena för arylpentazolproduktion med högre utbyte.

Baserat på ovanstående resultat, den föreliggande studien avslöjade mekanismen för selektiv C-N-bindningsklyvning i arylpentazol. Järnbisglycinat med hög spinntillstånd (Fe(Gly) ₂ ) oxideras först av m-CPBA, leder till bildandet av ett högvärdigt järn(IV)-oxokomplex. Denna Fe(IV)-oxo-mellanprodukt kan effektivt bryta C-N-bindningen i arylpentazol samtidigt som pentazolringen hålls intakt.

Förutom, π-π-staplingseffekten mellan arylpentazol och m-CPBA främjar bildandet av dimmers och trimerer, vilket hindrar Fe-oxo från att angripa C-N-bindningen av arylpentazol. Hur man effektivt erhåller järn(IV)-oxostruktur är nyckeln till att öka utbytet av cyklo-N ₅ ^- .

Denna studie ger värdefull teoretisk vägledning för effektiv syntes av cyklo-N ₅ ^- . Det stöddes av Science Challenge Project och National Natural Science Foundation of China.