刘建勇课题组：揭示五唑阴离子盐的合成机理

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中国科学院大连化学物理研究所复杂分子体系反应动力学研究组研究员刘建勇、韩克利团队在含能材料合成反应动力学研究方面取得新进展，揭示了新型含能材料五唑阴离子（cyclo-N5-）盐的合成机理。

　　现代社会对新型高能量密度材料的需求不断增长，该研究团队一直致力于含能材料的合成和爆炸反应机理的研究。与传统的基于C、H、O、N元素合成的高能材料相比，多氮含能材料具有高放能、无污染等优点，有成为新一代含能材料的巨大潜力。五唑阴离子（cyclo-N5-）盐是一类新型高能全氮化合物，是含能材料领域的研究热点。2017年，科研人员首次以芳基五唑、甘氨酸亚铁、间氯过氧苯甲酸为原料，成功制备出五唑阴离子晶体盐。但其产率较低，反应机理仍然未知，制约了五唑含能材料的进一步发展。鉴于上述情况，该研究团队从理论上对五唑阴离子（cyclo-N5-）盐的合成机理进行了深入研究。
　　研究团队前期对五唑阴离子（cyclo-N5-）盐的前驱体-芳基五唑的取代效应对合成过程中产率的影响规律、最佳前驱体结构与反应条件进行了研究（Chemical Communications）。在此基础上，本工作揭示了芳基五唑C-N键的选择性切断机理。研究表明，反应过程中高自旋的甘氨酸亚铁被间氯过氧苯甲酸氧化，形成高价态的铁氧配合物。该配合物可以在不破环五唑环N-N键的情况下，有效切断芳基五唑C-N键。芳基五唑和间氯过氧酸的π-π堆积作用促进了反应物多聚体的形成，会阻碍铁氧配合物对芳基五唑的进攻。如何更高效地获得铁氧配合物是提高五唑阴离子盐反应产率的关键，上述研究为五唑阴离子盐的高效合成提供了重要的理论指导。
　　相关工作发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。该工作得到科学挑战计划项目和国家自然科学基金重点项目的资助。
       文章来源：大连化物所


       刘建勇，大连化物所研究员。1995年毕业于山东大学化学系；1998年在山东大学化学学院理论化学研究室获硕士学位；2003年在大连化学物理研究所获博士学位。2005年5月-2006年5月，台湾清华大学化工系博士后研究。2007年12月任副研究员，2008年9月起任复杂分子体系反应动力学研究组副组长，2014年7月任研究员。2008年获得中国科学院沈阳分院首届优秀青年学者奖。曾先后承担了国家自然科学基金项目、中国科学院“太阳能行动计划”项目（项目负责人）和国家重点基础研究发展规划（973）项目等科研项目。


       韩克利，大连化物所1101组组长。1983年山东大学物理系本科毕业获理学学士学位，1986年中国科学院大连化学物理研究所获硕士学位，1990年中国科学院大连化学物理研究所获博士学位。美国加州大学、Emory大学和纽约大学的博士后和访问教授。1998年获“国家杰出青年基金”的支持。在国内外学术刊物上发表三百余篇学术论文，并被他人引用达一千多次。1999年“激光束与分子束反应动态学研究”获中国科学院自然科学奖一等奖，第一完成人；1999年获中国化学会青年化学家奖；2000年与美国纽约大学的张增辉教授一起获海外青年合作基金（杰出青年基金B）；2000年获大连市十大青年科技标兵；国务院政府特殊津贴；第四届辽宁省优秀科技工作者；2000年度中国科学院沈阳分院突出贡献青年科技专家；2001年获中国科学院青年科学家奖；大连市优秀科技专家；2002年辽宁省优秀科技专家；2005年“分子反应动力学的几个前沿问题研究：理论与实验”获辽宁省自然科学奖一等奖。主持与参加十多项“973”等国家重大重点等项目。