Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 127 Issue 32

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie


Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 1999, 111 (13/14), 2112 - 2118

Nur Stickstoff, sonst nichts

Eine Kette aus fünf Stickstoffatomen
begeistert Chemiker / Die erste Stickstoff-
Variante seit über hundert Jahren

Verbindungen, die nur aus den Atomen eines einzigen Elements aufgebaut sind, haben Chemiker schon immer fasziniert - man denke nur an die Fullerene, die aus reinem Kohlenstoff bestehen. Die Kalifornischen Chemiker Karl O. Christe und William W. Wilson sorgen unter Insidern zur Zeit für einen ähnlichen "Hype": Mit einem Molekül-Kation, das lediglich aus fünf Stickstoffatomen besteht. Bislang gab es nur zwei Verbindungen, die lediglich Stickstoff enthalten: Den Distickstoff (N2) selbst - immerhin der Hauptbestandteil der Luft - und das sogenannte "Azid-Ion", ein geladenes Molekül aus drei Stickstoffatomen, das bereits vor 109 Jahren entdeckt wurde.

Was die Herstellung der neuen Verbindung so schwierig machte, ist auch gleichzeitig der Grund für das gesteigerte Interesse daran: Sie ist hochexplosiv. Das liegt daran, daß - wie man aus Computerberechnungen weiß - alle Moleküle, die mindestens zwei benachbarte Stickstoffatome enthalten, dazu neigen, sich leicht in den ultrastabilen Distickstoff zu zersetzen; dabei wird in der Regel sehr viel Energie frei. Christe und seine Mitarbeiter mußten daher nach einem Herstellungsweg für ihre Verbindung suchen, der diese Zersetzung vermeidet. Letztlich gelang ihnen die Synthese aus ausgewählten Startchemikalien in tiefgekühltem Fluorwasserstoff - das ist eine Flüssigkeit, die sogar Glas zerfrißt.

Die neue, V-förmige Verbindung trägt eine positive Ladung, die durch ein entgegengesetzt geladenes Teilchen kompensiert werden muß - sie ist mithin "nur" Teil eines Salzes. Daß sie im Gegensatz zu den vielen anderen "Nur-Stickstoff"-Molekülen, die bisher nur in den Computern der Theoretiker existieren, überhaupt erzeugt werden konnte, liegt daran, daß die Bindungen zwischen den Stickstoffatomen darin in einem Zwischenzustand zwischen Einfach- und Doppelbindung verharren, der das "unentschiedene" Molekül stabilisiert. Dennoch ist die Substanz immer noch sehr heikel: Wenige Milligramm davon haben bei ersten Analysen bereits ein Meßgerät zerstört.

So wird die Substanz wohl eher eine Laborkuriosität bleiben, denn die Herstellung größerer Mengen bleibt ein riskantes Unterfangen, das nur wenige Laboratorien in der Welt wagen können. Dennoch: Jetzt wartet die "Chemical Community" gespannt darauf, daß Christe sein N5+-Salz mit einer Verbindung des Azid-Ions N3- zusammenbringt: Das Resultat wäre dann womöglich N8 - die erste kristalline Form des reinen Stickstoffs.

Beide Substanzen bestehen aus mehreren, auf komplizierte Weise miteinander verknüpften Ringen aus Kohlenstoff und Sauerstoff, die exakt in der von der Natur vorgegebenen Weise verknüpft werden müssen. Für die Wege aus dem "Synthese-Irrgarten" (Nicolaou) zu diesen Verbindungen mußten die kalifornischen Chemiker eine ganze Reihe neuartiger Strategien und Reaktionen entwerfen, um letztlich nach mehreren Dutzend einzelnen Schritten wenige Milligramm "naturidentischer" Substanz in Händen zu halten - ausgehend von Verbindungen, die man in jedem Chemikalienhandel kaufen kann.

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