自由态氨基五唑N5NH2及其阳离子的实验发现与电子结构研究：全氮材料领域的关键突破

来自国内的研究团队通过自由基胺化cyclo-N5?和定向水解亚氨基五唑，首次成功合成游离态N5NH2及其阳离子N5NH3+。该研究通过MS、IR、NMR等技术验证结构，结合DFT计算揭示了其芳香性（HOMA/ELF/NICSZZ(1)π）和反应活性（HOMO-LUMO能隙10.05-10.14 eV），为全氮化合物（ANC）和高能量密度材料（HEDMs）开发奠定基础。

　　

这项研究在环境友好型全氮化合物（All-nitrogen compounds, ANC）领域取得重要进展。科研人员采用创新性的自由基胺化策略，将环状五唑阴离子(cyclo-N₅^?)转化为游离态氨基五唑N₅NH₂，并通过定向水解亚氨基五唑前体获得其阳离子形式N₅NH₃⁺。

低温稳定性测试显示，N₅NH₃⁺Cl^?在-20°C下仅能稳定存在12小时。通过综合运用质谱（MS）、红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）和粉末衍射等表征手段，研究团队首次确认了这些五唑衍生物的分子结构。

理论计算方面，采用密度泛函理论（DFT）揭示了其电子结构特性：

1. 1.

   芳香性评估：通过谐振荡模型（HOMA）、电子定域函数（ELF）、核独立化学位移NICS_ZZ(1)_π等指标证实其芳香性，稳定性顺序为N₅NH₃⁺ < N₅NH₂ < cyclo-N₅^?

2. 2.

   反应活性：HOMO-LUMO能隙分析显示N₅NH₂（10.05 eV）和N₅NH₃⁺（10.14 eV）比cyclo-N₅^?（11.46 eV）更具反应活性

该成果不仅为构建桥联五唑N₁₀、偶氮五唑N₁₂等高级全氮结构提供了关键砌块，更推动了高能量密度材料（HEDMs）向全氮化方向的发展。