Melon (chemia)
W chemii melon jest związkiem węgla , azotu i wodoru o wciąż nieco niepewnym składzie , składającym się głównie z jednostek heptazyny połączonych i zamkniętych grupami aminowymi i mostkami ( –NH– , =NH , –NH
2 , itd.). Jest bladożółtym ciałem stałym, nierozpuszczalnym w większości rozpuszczalników.
Uważne badania z 2001 roku wskazują na wzór C
60 N
91 H
33 , który składa się z dziesięciu jednostek imino - heptazynowych połączonych w liniowy łańcuch mostkami aminowymi; to znaczy H(–C
8H 2
) –NH– )
10 (NH
2
) . 6N Jednak inni badacze wciąż proponują inne struktury.
Melon jest najstarszym znanym związkiem chemicznym z rdzeniem heptazynowym C
6 N
7 , który został opisany na początku XIX wieku. Do niedawna był mało badany, kiedy został uznany za znaczący fotokatalizator i możliwy prekursor azotku węgla .
Historia
W 1834 Liebig opisał związki, które nazwał melaminą , melamem i melonem.
Przez długi czas temu związkowi nie poświęcano zbyt wiele uwagi ze względu na jego nierozpuszczalność. W 1937 roku Linus Pauling wykazał za pomocą krystalografii rentgenowskiej , że struktura melona i pokrewnych związków zawiera skondensowane pierścienie triazynowe.
W 1939 roku CE Redemamm i inni zaproponowali strukturę składającą się z jednostek 2-amino-heptazyny połączonych mostkami aminowymi przez atomy węgla 5 i 8. Struktura została poprawiona w 2001 roku przez T. Komatsu, który zaproponował strukturę tautomeryczną.
Przygotowanie
Związek można ekstrahować ze stałej pozostałości po termicznym rozkładzie tiocyjanianu amonu NH
4 SCN w temperaturze 400°C. ( Z drugiej strony rozkład termiczny stałego melemu daje materiał CN podobny do grafitu).
Struktura i właściwości
Według Komatsu scharakteryzowana forma melona składa się z oligomerów, które można opisać jako kondensacje 10 jednostek melemu tautomeru z utratą amoniaku NH
3 . W tej strukturze jednostki 2-imino-heptazyny są połączone mostkami aminowymi, od węgla 8 jednej jednostki do azotu 4 następnej jednostki. z dyfrakcji rentgenowskiej i inne dowody wskazują, że oligomer jest płaski, a trójkątne rdzenie heptazynowe mają naprzemienne orientacje.
Struktura krystaliczna melona jest rombowa , z szacowanymi stałymi sieci a = 739,6 pm , b = 2092,4 pm i c= 1295,4 pm.
Polimeryzacja i rozkład
Podgrzany do 700°C melon przekształca się w polimer o dużej masie cząsteczkowej, składający się z dłuższych łańcuchów o tym samym motywie.
Chlorowanie
Melon można przekształcić w 2,5,8-trichloroheptazynę, przydatny odczynnik do syntezy lub pochodne heptazyny.
Aplikacje
Fotokataliza
W 2009 roku Xinchen Wang i inni zaobserwowali, że melon działa jak katalizator rozszczepiania wody na wodór i tlen lub przekształcania CO2 z
. powrotem w paliwo , wykorzystując energię ze światła słonecznego Był to pierwszy fotokatalizator niezawierający metali i miał wiele zalet w porównaniu z poprzednimi związkami, w tym niski koszt materiału, prostą syntezę, znikomą toksyczność, wyjątkową stabilność chemiczną i termiczną. Wadą jest jego skromna wydajność, którą jednak można poprawić przez domieszkowanie lub nanostrukturyzację.
Prekursor azotku węgla
Kolejna fala zainteresowania melonem miała miejsce w latach 90. XX wieku, kiedy obliczenia teoretyczne sugerowały, że β- azotku
hipotetyczny C3N4
analogiczny
— związek Si3N4
— węgla strukturalnie do β- może być twardszy niż diament . Melon wydawał się dobrym prekursorem innej formy materiału, „grafitowego” azotku węgla lub g- C
3 N
4 .
Zobacz też
- ^ a b c d e f g h i j Tamikuni Komatsu (2001)> „Pierwsza synteza i charakterystyka cyameluric High Polymers”. Macromolecular Chemistry and Physics , tom 202, wydanie 1, strony 19-25. doi : 10.1002/1521-3935(20010101)202:1<19::AID-MACP19>3.0.CO;2-G
- ^ a b c d Fabian Karl Keßler (2019), Struktura i reaktywność związków na bazie s-triazyny w chemii C / N / H . Praca doktorska, Fakultät für Chemie und Pharmazie, Ludwig-Maximilians-Universität München
- ^ J. Liebig (1834): Annalen Pharmacie , 10, 1.
- ^ a b c Elizabeth K. Wilson (2004), „Old Molecule, New Chemistry. Dawno tajemnicze heptazyny zaczynają znajdować zastosowanie w wytwarzaniu materiałów z azotku węgla”. Chemical & Engineering News , 26 maja 2004. Wersja online dostępna 30.06.2009.
- ^ ab azot Dale R. Miller, Dale C. Swenson i Edward G. Gillan (2004): „Synteza i struktura 2,5,8-triazydo-s-heptazyny: energetyczny i luminescencyjny prekursor azotków węgla bogatych w ". Journal of the American Chemical Society , tom 126, wydanie 17, strony 5372-5373. doi : 10.1021/ja048939y
- ^ Barbara Jürgens, Elisabeth Irran, Jürgen Senker, Peter Kroll, Helen Müller, Wolfgang Schnick (2003): „Melem (2,5,8-triamino-tri-s-triazyna), ważny związek pośredni podczas kondensacji pierścieni melaminy do grafitu Azotek węgla: synteza, oznaczanie struktury za pomocą rentgenowskiej dyfraktometrii proszkowej, NMR w ciele stałym i badania teoretyczne”. Journal of the American Chemical Society , tom 125, wydanie 34, strony 10288-10300. doi : 10.1021/ja0357689
- ^ Xinchen Wang, Kazuhiko Maeda, Arne Thomas , Kazuhiro Takanabe, Gang Xin, Johan M. Carlsson, Kazunari Domen i Markus Antonietti (2009): „Bezmetalowy fotokatalizator polimerowy do produkcji wodoru z wody w świetle widzialnym” , Nature Materials tom 8, strony 76-80. doi : 10.1038/nmat2317