How to make a ring out of Nitrogen atoms?

Das Pentazolat-Ion

Eine stabile Verbindung aus  Stickstoffatomen ist das N₂-Molekül. Es umgibt uns täglich und jeder hat zumindest schon mal davon gehört, dass es Stickstoff in der Luft gibt.

Größere Verbindungen, die nur aus Stickstoff bestehen, sind eher selten bis exotisch. Kürzlich wurde eine Verbindung isoliert, die das Pentazolat-Anion enthält. Dabei handelt es sich um einen Fünfring, der nur aus Stickstoffatomen besteht und eine negative Ladung trägt. Dieses Anion wurde in Form eines Salzes isoliert. Als Gegenionen (Kationen) fungieren dabei H₃O⁺ und Ammoniumionen. Im Kristallgitter sind noch Chloridionen enthalten. Die Abbildung 1 zeigt die im Kristallgitter enthaltenen Bestandteile. Deutlich ist der Fünfring aus Stickstoffatomen zu erkennen (rosa): das Pentazolat-Anion. Das Chloridion ist grün dargestellt. Ammonium, NH₄⁺, ist das rosafarbene Stickstoffatom, welches von vier Wasserstoffatomen umgeben ist. Die beiden Sauerstoffatome sind rot dargestellt. Diese sind von fehlgeordneten Wasserstoffatomen umgeben. Deshalb sind in der Abbildung sechs Wasserstoffatome pro Sauerstoffatom zu sehen. Die Zusammensetzung dieser Einheiten ist aber H₃O⁺.

Abbildung 1: Anordnung des Atome im Kristallgitter von  (N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl. Abbildung erzeugt mit den Daten aus der ICSD 431382.

Die Verbindung wird von den Autoren als luftstabile weiße Substanz beschrieben. Sie hat eine Zersetzungstemperatur von 117 °C. Die Zusammensetzung des Salzes ist wichtig für die Stabilität des Pentazolates. Das Entfernen von Chlorid oder Ammoniumionen führt zur sofortigen Zersetzung. Offensichtlich sind die Wasserstoffbrückenbindungen im Kristallgitter für die Stabilität der Verbindung verantwortlich (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Ausschnitt aus dem Netz der Wasserstoffbrückenbindungen im Kristallgitter von   (N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl. Abbildung erzeugt mit den Daten aus der ICSD 431382.

Die Publikation erschien in Science Vol. 355, 2017, 374-376, Titel: Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5ˉ in (N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl, Autoren: Chong Zhang, Chengguo Sun, Bingcheng Hu, Chuanming Yu, Ming Lu.
Übrigens liegt die Publikation hinter einer Bezahlschranke, die ich nicht überwinden kann. Aber über das Problem hatte ich ja kürzlich berichtet. Daher musste ich auf Sekundärliteratur zurückgreifen (Nachr. Chem. 65, 2017, 222). Zumindest konnte ich die Kristallstrukturdaten von der ICSD abrufen.