Новости химической науки > Девять атомов фосфора и все такие положительные

С открытия в 1669 году гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом (Hennig Brand) фосфора, этот элемент изумлял химиков. В настоящее время элементарный фосфор производится в огромных количествах, а его соединения нашли применение в различных областях – от химии материалов, создания катализаторов и фармацевтических препаратов. В основном в виде простого вещества фосфор представлен такими аллотропными модификациями, как белый, красный и черный фосфор.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2012; DOI: 10.1002/anie.201203991

Помимо этих фосфорсодержащих веществ существуют сотни соединений, в которых фосфор присутствует в форме аниона, неся на себе отрицательный заряд. Ряд этих веществ обладает полезными свойствами и, например, находят применение в качестве материалов для электродов в литий-ионных батареях. Тем не менее, все предпринимавшиеся в последнее десятилетие попытки синтеза катиона, состоящего только из атомов фосфора, заканчивались неудачей.

Новая попытка, предпринятая исследователями из группы профессора Инго Кроссинга (Ingo Krossing) из Университета Фрайбурга оказалась успешной – исследователям удалось получить катион, состоящий только из атомов фосфора.

Для того, чтобы синтезировать достаточные количества первого катиона [P₉]⁺, стабильного как в растворе, так и в твердом состоянии, исследователи использовали стабилизирующий эффект противоиона-«свидетеля», обладающего крайне низкой реакционной способностью. Подбор аниона позволил не только наработать достаточные количества вещества, содержащего частицы [P₉]⁺, но и изучить их химические свойства. Ранее такие катионы фиксировались только при проведении газофазных экспериментов.

Для получения гомополитатомного катиона [P₉]⁺ исследователи использовали окислитель [NO]⁺ и анион [Al{OC(CF₃)₃}₄]⁻. Катион [P₉]⁺ состоит из двух каркасных структур P₅, связанных через фосфониевый атом, в результате чего образуется кластер Цинтля, обладающий D_2d-симметрией. В ³¹P ЯМР спектре катиона [P₉]⁺ (смотри рисунок) проявляются сигналы, соответствующие трем различным типам атомов фосфора в катионе. Строение полученного соединения подтверждается также результатами ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии и квантово-химическими расчетами.

Поскольку исследователи разработали весьма доступный и удобный метод синтеза соединения, содержащего катионы [P₉]⁺ , есть надежда на его практическое применение не только для изучения фундаментальных свойств производных фосфора, но и для решения практических задач, например – для синтеза полупроводникового материала – фосфида галлия, который важен для создания синих светоизлучающих диодов.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2012; DOI: 10.1002/anie.201203991

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #природа химической связи, #элементоорганическая химия