En química , el melón es un compuesto de carbono , nitrógeno e hidrógeno de composición todavía algo incierta, que consiste principalmente en unidades de heptazina unidas y cerradas por puentes y grupos amina ( –NH– , = NH , –NH
2, etc.). [2] Es un sólido de color amarillo pálido, insoluble en la mayoría de los solventes. [1]
Un cuidadoso estudio de 2001 indica que la fórmula C
60norte
91H
33, que consta de diez unidades de imino - heptazina conectadas en una cadena lineal por puentes amino; es decir, H (–C
6norte
8H
2)-NUEVA HAMPSHIRE-)
10(NUEVA HAMPSHIRE
2) . [1] Sin embargo, otros investigadores siguen proponiendo estructuras diferentes.
El melón es el compuesto más antiguo conocido con heptazina C
6norte
7núcleo, habiendo sido descrito a principios del siglo XIX. Ha sido poco estudiado hasta hace poco, cuando ha sido reconocido como un fotocatalizador notable y como un posible precursor del nitruro de carbono . [2]
Historia
En 1834 Liebig describió los compuestos que denominó melamina , melam y melón. [3] [4]
El compuesto recibió poca atención durante mucho tiempo debido a su insolubilidad. En 1937, Linus Pauling demostró mediante cristalografía de rayos X que la estructura del melón y los compuestos relacionados contenían anillos de triazina fusionados. [4]
En 1939, CE Redemamm y otros propusieron una estructura que consta de unidades de 2-amino-heptazina conectadas por puentes de amina a través de los carbonos 5 y 8. [1] La estructura fue revisada en 2001 por T. Komatsu quien propuso una estructura tautomérica. [1] [4]
Preparación
El compuesto se puede extraer del residuo sólido de la descomposición térmica del tiocianato de amonio NH
4SCN a 400 ° C. [1] [5] (La descomposición térmica del melem sólido , por otro lado, produce un material CN similar al grafito. [6] )
Estructura y propiedades
Según Komatsu, una forma caracterizada de melón consta de oligómeros que pueden describirse como condensaciones de 10 unidades de tautómero melem con pérdida de amoniaco NH
3. En esta estructura, las unidades de 2-imino-heptazina están conectadas por puentes amino, desde el carbono 8 de una unidad hasta el nitrógeno 4 de la siguiente unidad. Los datos de difracción de rayos X y otras pruebas indican que el oligómero es plano y los núcleos triangulares de heptazina tienen orientaciones alternas. [1]
La estructura cristalina del melón es ortorrómbica , con constantes de celosía estimadas a = 739,6 pm , b = 2092,4 pm yc = 1295,4 pm. [1]
Polimerización y descomposición
Calentado a 700 ° C, el melón se convierte en un polímero de alto peso molecular, que consta de cadenas más largas con el mismo motivo. [1]
Cloración
El melón se puede convertir en 2,5,8-tricloroheptazina , un reactivo útil para síntesis o derivados de heptazina. [5]
Aplicaciones
Fotocatálisis
En 2009, Xinchen Wang y otros observaron que el melón actúa como catalizador para la división del agua en hidrógeno y oxígeno , o para convertir CO
2de nuevo en combustible , utilizando la energía de la luz solar . Fue el primer fotocatalizador libre de metales y se vio que disfrutaba de una serie de ventajas sobre los compuestos anteriores, incluido el bajo costo del material, síntesis simple, toxicidad insignificante, estabilidad química y térmica excepcional. La desventaja es su modesta eficiencia, que sin embargo parece susceptible de mejora mediante el dopaje o la nanoestructuración . [7] [2]
Precursor de nitruro de carbono
Otra ola de interés por el melón ocurrió en la década de 1990, cuando los cálculos teóricos sugirieron que β- C
3norte
4- un compuesto hipotético de nitruro de carbono estructuralmente análogo a β- Si
3norte
4—Podría ser más duro que el diamante . El melón parecía ser un buen precursor de otra forma del material, el nitruro de carbono "grafítico" o g- C
3norte
4. [2]
Ver también
- Melem
- Melam
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j Tamikuni Komatsu (2001)> "La primera síntesis y caracterización de polímeros altos ciamelúricos". Química y física macromolecular , volumen 202, número 1, páginas 19-25. doi : 10.1002 / 1521-3935 (20010101) 202: 1 <19 :: AID-MACP19> 3.0.CO; 2-G
- ^ Un b c d Fabian Karl Keßler (2019), Estructura y reactividad de s-triazina-Compuestos a base de C / N / H Química . Tesis doctoral, Fakultät für Chemie und Pharmazie, Ludwig-Maximilians-Universität München
- ↑ J. Liebig (1834): Annalen Pharmacie , 10, 1.
- ^ a b c Elizabeth K. Wilson (2004), "Molécula vieja, nueva química. Las heptazinas misteriosas desde hace mucho tiempo están comenzando a encontrar uso en la fabricación de materiales de nitruro de carbono". Chemical & Engineering News , 26 de mayo de 2004. Se tuvo acceso a la versión en línea el 30-06-2009.
- ^ a b Dale R. Miller, Dale C. Swenson y Edward G. Gillan (2004): "Síntesis y estructura de 2,5,8-Triazido-s-Heptazine: un precursor energético y luminiscente de los nitruros de carbono ricos en nitrógeno ". Journal of the American Chemical Society , volumen 126, número 17, páginas 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-triazine), un intermedio importante durante la condensación de anillos de melamina a grafítico Nitruro de carbono: síntesis, determinación de estructuras por difractometría de rayos X en polvo, RMN de estado sólido y estudios teóricos ". Journal of the American Chemical Society , volumen 125, número 34, páginas 10288-10300. doi : 10.1021 / ja0357689
- ^ Xinchen Wang, Kazuhiko Maeda, Arne Thomas, Kazuhiro Takanabe, Gang Xin, Johan M. Carlsson, Kazunari Domen y Markus Antonietti (2009): "Un fotocatalizador polimérico libre de metales para la producción de hidrógeno a partir de agua bajo luz visible", Nature Materials volumen 8, páginas 76-80. doi : 10.1038 / nmat2317