Stabilization of the Dual-Aromatic cyclo-N5– Anion by Acidic Entrapment

芳香性 单独一对 离域电子 电泳剂 化学 戒指(化学) 离子 计算化学 氮族元素 结晶学 立体化学 有机化学 分子 物理 催化作用 量子力学 超导电性
作者
Lei Zhang,Chuang Yao,Yi Yu,Sheng-Li Jiang,Chang Q. Sun,Jun Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (10): 2378-2385 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b01047
摘要

Pentazole anion, the best candidate for full-nitrogen energetic materials, can be isolated only from acidic solution for unclear reasons, which hinders the high-yield realization of a full-nitrogen substance with higher energy density. Herein, we report for the first time the discovery of the dual aromaticity (π and σ) of cyclo-N5-, which makes the anion unstable in nature but confers additional stability in acidic surroundings. In addition to the usual π-aromaticity, similar to that of the prototypical benzene, five lone pairs are delocalized in the equatorial plane of cyclo-N5-, forming additional σ-aromaticity. It is the compatible coexistence of the inter-lone-pair repulsion and inter-lone-pair attraction within the σ-aromatic system that makes the naked cyclo-N5- highly reactive to electrophiles and easily broken. Only in sufficiently acid solution can the cyclo-N5- become unsusceptible to the electrophilic attack and gain extra stability through the formation of hydrogen-bonded complex from surrounding electrophiles; otherwise, the cyclo-N5- cannot be productively isolated. The dual aromaticity discovered in cyclo-N5- is expected to be universal for pnictogen five-membered ring systems.

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