Melon (kemi)
Inom kemin är melon en förening av kol , kväve och väte av fortfarande något osäker sammansättning, bestående mestadels av heptazinenheter sammanlänkade och slutna av amingrupper och broar ( –NH– , =NH , –NH
2 , etc.) . Det är ett blekgult fast ämne, olösligt i de flesta lösningsmedel.
En noggrann studie från 2001 visar formeln C
60 N
91 H
33 , som består av tio imino - heptazinenheter kopplade till en linjär kedja med aminobryggor; dvs H
–C6N8H2
) –NH– )
10 (
NH2
) . _ ( Men andra forskare föreslår fortfarande olika strukturer.
Melon är den äldsta kända föreningen med heptazin- C
6 N
7 -kärnan, efter att ha beskrivits i början av 1800-talet. Det har studerats lite förrän nyligen, när det har erkänts som en anmärkningsvärd fotokatalysator och som en möjlig föregångare till kolnitrid .
Historia
1834 beskrev Liebig föreningarna som han kallade melamin , melam och melon.
Föreningen fick lite uppmärksamhet under lång tid på grund av dess olöslighet. 1937 visade Linus Pauling genom röntgenkristallografi att strukturen av melon och besläktade föreningar innehöll sammansmälta triazinringar.
År 1939 föreslog CE Redemamm och andra en struktur bestående av 2-amino-heptazinenheter förbundna med aminbryggor genom kol 5 och 8. Strukturen reviderades 2001 av T. Komatsu, som föreslog en tautomer struktur.
Förberedelse
Föreningen kan extraheras från den fasta återstoden av den termiska sönderdelningen av vid
ammoniumtiocyanat . NH4SCN 400 °C (Den termiska sönderdelningen av fast melem , å andra sidan, ger ett grafitliknande CN-material.)
Struktur och egenskaper
Enligt Komatsu består en karakteriserad form av melon av oligomerer som kan beskrivas som kondensationer av 10 enheter melemtautomer med förlust av ammoniak NH
3 . I denna struktur är 2-imino-heptazinenheter förbundna med aminobryggor, från kol 8 i en enhet till kväve 4 i nästa enhet. Röntgendiffraktionsdata och andra bevis indikerar att oligomeren är plan och de triangulära heptazinkärnorna har alternerande orienteringar.
Kristallstrukturen hos melon är ortorombisk , med uppskattade gitterkonstanter a = 739,6 pm , b = 2092,4 pm och c= 1295,4 pm.
Polymerisation och sönderdelning
Uppvärmd till 700 °C omvandlas melon till en polymer med hög molekylvikt, bestående av längre kedjor med samma motiv.
Klorering
Melon kan omvandlas till 2,5,8-triklorheptazin, ett användbart reagens för syntes eller heptazinderivat.
Ansökningar
Fotokatalys
2009 observerade Xinchen Wang och andra att melon fungerar som en katalysator för att spjälka vatten till väte och syre , eller omvandla CO
2 tillbaka till bränsle , med hjälp av energi från solljus . Det var den första metallfria fotokatalysatorn , och den sågs åtnjuta ett antal fördelar jämfört med tidigare föreningar, inklusive låg materialkostnad, enkel syntes, försumbar toxicitet, exceptionell kemisk och termisk stabilitet. Nackdelen är dess blygsamma effektivitet, som dock verkar mottaglig för förbättringar genom dopning eller nanostrukturering.
Kolnitridprekursor
En annan våg av intresse för melon inträffade på 1990-talet, när teoretiska beräkningar antydde att β- C
3 N
4 — en hypotetisk kolnitridförening strukturellt analog med β- Si
3 N
4 — kan vara hårdare än diamant . Melon verkade vara en bra föregångare för en annan form av materialet, "grafitisk" kolnitrid
- C3N4 .
eller g
Se även
- ^ a b c d e f g h i j Tamikuni Komatsu (2001)> "Den första syntesen och karakteriseringen av cyameluriska högpolymerer". Macromolecular Chemistry and Physics , volym 202, nummer 1, sidorna 19-25. doi : 10.1002/1521-3935(20010101)202:1<19::AID-MACP19>3.0.CO;2-G
- ^ a b c d Fabian Karl Keßler (2019), struktur och reaktivitet av s-Triazin-baserade föreningar i C/N/H-kemi . Doktorsavhandling, Fakultät für Chemie und Pharmazie, Ludwig-Maximilians-Universität München
- ^ J. Liebig (1834): Annalen Pharmacie , 10, 1.
- ^ a b c Elizabeth K. Wilson (2004), "Gammal molekyl, ny kemi. Långa mystiska heptaziner börjar hitta användning vid tillverkning av kolnitridmaterial". Chemical & Engineering News , 26 maj 2004. Onlineversion tillgänglig 2009-06-30.
- ^ a b Dale R. Miller, Dale C. Swenson och Edward G. Gillan (2004): "Syntes och struktur av 2,5,8-Triazido-s-Heptazine: En energisk och självlysande prekursor till kväverika kolnitrider ". Journal of the American Chemical Society , volym 126, nummer 17, sidorna 5372-5373. doi : 10.1021/ja048939y
- ^ Barbara Jürgens, Elisabeth Irran, Jürgen Senker, Peter Kroll, Helen Müller, Wolfgang Schnick (2003): "Melem (2,5,8-Triamino-tri-s-triazin), en viktig mellanprodukt under kondensation av melaminringar till grafit Kolnitrid: syntes, strukturbestämning genom röntgenpulverdiffraktometri, fast tillstånds-NMR och teoretiska studier". Journal of the American Chemical Society , volym 125, nummer 34, sid 10288-10300. doi : 10.1021/ja0357689
- ^ Xinchen Wang, Kazuhiko Maeda, Arne Thomas , Kazuhiro Takanabe, Gang Xin, Johan M. Carlsson, Kazunari Domen och Markus Antonietti (2009): "En metallfri polymer fotokatalysator för väteproduktion från vatten under synligt ljus", Nature Materials volym 8, sid 76-80. doi : 10.1038/nmat2317