Сотрудники Института общей и неорганической химии РАН расшифровали строение гидроксиламина — вещества, которое более семи десятилетий не поддавалось кристаллографическому анализу даже нобелевскому лауреату. Кроме того, они впервые в мире обнаружили его скрытую димерную форму.
Гидроксиламин был впервые синтезирован еще в 1865 году, однако его кристаллическая структура оставалась нерасшифрованной на протяжении более чем семи десятилетий. Предыдущая попытка анализа, предпринятая в 1955 году под руководством нобелевского лауреата Уильяма Липскома, не позволила точно установить положение атомов водорода из-за ограничений существовавших на тот момент методов. Между тем, для гидроксиламина это имеет принципиальное значение: в зависимости от положения протона молекула может находиться либо в нейтральной, либо в цвиттер-ионной форме.
В ходе экспериментов химики вырастили образцы гидроксиламина в виде игольчатых кристаллов длиной до полутора сантиметров. Учитывая взрывоопасность вещества и его гигроскопичность, все манипуляции проводились при пониженной температуре — около минус 15 градусов Цельсия — и в среде перфторированного масла. Наблюдения показали высокую нестабильность полученных кристаллов: при повышении температуры до комнатной они начинали быстро разрушаться. При этом было зафиксировано необычное явление — процесс распада начинался не с поверхности, а из центра кристалла.
Для определения точного расположения атомов водорода исследователи применили классические методы кристаллографии, дополненные квантовохимическими расчетами. Результаты совпали и подтвердили, что в твердой фазе гидроксиламин существует в нейтральной молекулярной форме.
В рамках работы впервые экспериментально был обнаружен циклический димер гидроксиламина — ранее не зафиксированная форма соединения, при которой две молекулы удерживаются вместе за счет водородных связей. Для описания подобных структур авторы предложили новый термин — «гидроксиламиносольваты».
В перспективе ученые планируют использовать разработанный подход для направленного синтеза новых кристаллических материалов на основе гидроксиламина с заданными характеристиками для применения в медицине, энергетике и химической отрасли.
Читайте также: В России напечатали вертикальный ветрогенератор на 3D-принтере.