Une équipe internationale présente une découverte potentiellement révolutionnaire pour la chimie de l'azote
Première synthèse d'un composé avec des anneaux d'azote aromatiques
Pour la première fois, un composé contenant des anneaux aromatiques d'atomes d'azote a été synthétisé. Le composé d'azote et de potassium a été produit sous des pressions et des températures extrêmement élevées. Sa structure est très complexe, mais son principal élément constitutif est l'anneau planaire de six atomes d'azote, appelé anion hexazine, car il a une charge négative. La disposition des atomes d'azote dans l'anion hexazine est similaire à celle des atomes de carbone dans le benzène, un composé aromatique omniprésent dans la nature.
La structure cristalline du composé K₉N₅₆.
(c) Dominique Laniel
Le cycle aromatique [N₆]⁴- hexazine.
(c) Dominique Laniel
Bien que le terme "aromatique" concernait à l'origine l'odeur, son utilisation en chimie se limite aujourd'hui aux composés qui présentent des propriétés électroniques, structurelles ou chimiques particulières. La stabilité unique de ces composés est appelée aromaticité. Les composés aromatiques jouent un rôle important en chimie et en biologie, ainsi que dans de nombreuses branches de l'industrie. Bien que l'on ait d'abord pensé que l'aromaticité était exclusive aux cycles du carbone, il a été démontré depuis que de nombreux systèmes composés d'hétérocycles de carbone et de cycles non carbonés peuvent avoir un caractère aromatique. L'aromaticité de l'azote, cependant, a jusqu'à présent été limitée à l'anion [N₅]- pentazolate.
Une collaboration internationale entre le laboratoire de cristallographie et l'Institut bavarois de recherche en géochimie expérimentale et géophysique (BGI) de l'université de Bayreuth a permis de réaliser une percée considérable. Dans des conditions de pression et de température extrêmes, le composé complexe K₉N₅₆ a été synthétisé, qui contient des anneaux [N₆]⁴- hexazine. La structure de K₉N₅₆ est composée d'un arrangement complexe d'anneaux [N₆]⁴ et [N₅]- ainsi que de dimères d'azote neutres. Les chercheurs ont découvert que la structure de l'anneau hexazine [N₆]⁴- est conforme à la règle d'aromaticité des composés chimiques nommée d'après le physico-chimiste Erich Hückel : l'anneau est cyclique, planaire et possède (4n + 2) π-électrons (système 10π).
"C'est la première fois que l'on synthétise un anneau composé de six atomes d'azote qui suit la règle de Hückel pour l'aromaticité. Son caractère aromatique est également confirmé par des considérations sur la longueur des liaisons et par des calculs de la densité de charge électronique. L'anneau [N₆]⁴- hexazine nouvellement synthétisé présente une similitude frappante avec le benzène, le composé carboné aromatique omniprésent dans la nature", déclare le professeur Dr. h.c. Natalia Dubrovinskaia du laboratoire de cristallographie. "Cette étude fournit un exemple frappant qui contredit le trope de la simplicité structurelle à des densités élevées. Nous espérons que cette synthèse de l'anion hexazine aromatique, ainsi que celle de l'anion [N₅]- pentazole aromatique, pourra stimuler l'exploration de la chimie de l'azote dans la recherche de nouveaux matériaux technologiques à base d'azote", ajoute le professeur Dr. h.c. Leonid Dubrovinsky du BGI.
Le composé complexe K₉N₅₆ a été formé dans des conditions inhabituelles : L'azoture de potassium (KN₃) et l'azote moléculaire (N₂) ont été comprimés sous une pression plus de 400 000 fois supérieure à la pression de l'atmosphère terrestre et chauffés à 2 000 degrés Celsius à l'aide de lasers de grande puissance. L'étape suivante consistait à élucider la structure interne de ce nouveau composé. Pour ce faire, les échantillons ont été exposés à un faisceau intense de rayons X dans deux accélérateurs de particules, la source de rayons X PETRA III du Synchrotron allemand à électrons (DESY) à Hambourg et l'Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF-EBS) à Grenoble.
"Nous avons été très surpris par l'arrangement atomique du composé K₉N₅₆ : il est d'une complexité presque jamais observée pour des solides produits à des pressions aussi élevées. Nous avons constaté qu'il est composé d'un arrangement répétitif de 520 atomes : 72 K et 448 N. Bien que nous ayons pu constater immédiatement que les anneaux [N₆]⁴- planaires remplissaient les conditions de base de l'aromaticité, nous avons appliqué des méthodes de calcul avancées pour le vérifier", rapporte le Dr Dominique Laniel de l'université d'Édimbourg, premier auteur du nouvel article.
Les analyses informatiques nécessaires ont été réalisées par le Dr Florian Trybel et ses collaborateurs de l'université de Linköping. Les calculs ont confirmé la stabilité de K₉N₅₆ et ont permis de mieux comprendre l'aromaticité du cycle [N₆]⁴- hexazine.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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