Прекурсор капрона, нейлона и лекарств десятилетиями скрывал свое истинное лицо. Ученые из России увидели то, что не удавалось никому.
Российские химики поставили точку в научном споре, который продолжался более семи десятилетий. Исследователям удалось впервые точно определить структуру гидроксиламина — ключевого соединения, применяемого при производстве нейлона, капрона, лекарственных препаратов и агрохимикатов. Более того, ученые впервые в мире экспериментально зарегистрировали ранее неизвестную форму этого вещества — циклический димер. Результаты опубликованы в журнале CrystEngComm.
Кристалл, который разрушался изнутри
Гидроксиламин был впервые получен еще в 1865 году, однако его кристаллическая структура оставалась загадкой. Последняя серьезная попытка разобраться в ней предпринималась в 1955 году под руководством нобелевского лауреата Уильяма Липскомба, но тогдашние методы не позволяли надежно определить положение атомов водорода. А именно от них зависит, в какой форме существует молекула.
Команда Института общей и неорганической химии имени Курнакова РАН вырастила кристаллы гидроксиламина длиной до 1,5 сантиметра. Задача оказалась крайне непростой: вещество одновременно взрывоопасно и активно поглощает влагу из воздуха. Поэтому эксперименты проводили при температуре около –15°C под слоем специального перфторированного масла.
Во время наблюдений исследователи заметили необычный эффект. В отличие от большинства известных веществ, кристаллы гидроксиламина начинали разрушаться не с поверхности, а из самого центра, словно невидимый червячок прогрызал их изнутри.
Неожиданная находка в молекулярном «капкане»
Самым интригующим результатом стало обнаружение циклического димера гидроксиламина — структуры из двух связанных между собой молекул. Ранее такую форму никто никогда не наблюдал экспериментально.
Чтобы «поймать» редкую конфигурацию, ученые использовали своеобразный молекулярный капкан. Внутри него две молекулы гидроксиламина соединились прочными водородными связями и образовали устойчивую кольцевую структуру.
Для подобных соединений авторы предложили новый термин — «гидроксиламиносольваты».
Простое правило вместо опасных экспериментов
Исследователи проанализировали 230 кристаллических структур из Кембриджского банка структурных данных и вывели практический критерий, позволяющий быстро определять форму гидроксиламина.
Оказалось, если длина связи между атомами азота и кислорода превышает 1,43 ангстрема, вещество находится в нейтральной форме. Если длина меньше или равна этому значению — речь идет о другой конфигурации. Это позволяет получать ответ по одному рентгеноструктурному измерению без сложных и потенциально опасных процедур.
Разработанный нами критерий открывает путь к целенаправленному синтезу новых стабильных кристаллических материалов на основе гидроксиламина. В дальнейшем мы планируем использовать этот подход для дизайна соединений с заданными свойствами — для медицины, энергетики и химической промышленности.Мгер Навасардянстарший научный сотрудник ИОНХ РАН, к. х. н.
История науки знает немало загадок, которые десятилетиями сопротивлялись исследователям. Например, сверхтвердый гексагональный алмаз удалось синтезировать в чистом виде только после 60 лет безуспешных попыток, несмотря на азартный интерес материаловедов к этому веществу. Подробности — в статье Hi-Tech Mail.