Un equipo de investigación acaba de presentar un descubrimiento espectacular para la química del nitrógeno: por primera vez se ha sintetizado un compuesto que contiene anillos aromáticos de seis átomos de nitrógeno. El compuesto de nitrógeno y potasio se produjo bajo presiones y temperaturas extremadamente altas. Tiene una estructura muy compleja, pero su componente principal es un anillo plano de seis átomos de nitrógeno, llamado anión hexazina, ya que tiene carga negativa. La disposición de los átomos de nitrógeno en el anión hexazina es similar a la de los átomos de carbono en el benceno, un anillo aromático que es omnipresente en la naturaleza.

Aunque el término «aromático» originalmente se refería al olor, hoy en día su uso en química está restringido a compuestos que tienen propiedades electrónicas, estructurales y químicas concretas. La estabilidad única que poseen estos compuestos se conoce como aromaticidad. Los compuestos aromáticos juegan un papel importante en la química y la biología, así como en numerosas ramas de la industria. Aunque inicialmente se pensó que la aromaticidad era exclusiva de los compuestos cíclicos de carbono, se ha demostrado que numerosos sistemas compuestos por heterociclos de carbono y otros átomos, e incluso compuestos cíclicos de átomos diferentes al carbono, pueden tener un carácter aromático. Sin embargo, la aromaticidad del nitrógeno solo se había encontrado hasta ahora al anión pentazolato [N₅]⁻.

En condiciones extremas de presión y temperatura, el equipo sintetizó el compuesto complejo K₉N₅₆, que contiene anillos de hexazina, [N₆]⁴⁻. La estructura de K₉N₅₆ está compuesta por una disposición compleja de anillos [N₆]⁴⁻ y [N₅]⁻, así como dímeros de nitrógeno neutro. Los investigadores encontraron que la estructura del anillo [N₆]⁴⁻ de hexazina se ajusta a la regla de aromaticidad de los compuestos químicos que lleva el nombre del químico físico Erich Hückel: el anillo es cíclico, plano y tiene (4n + 2) electrones π (es un sistema 10π ). Su carácter aromático está respaldado por consideraciones de longitud de enlace y por cálculos de la densidad de carga electrónica.

El compuesto complejo K₉N₅₆ se formó en condiciones inusuales: la azida de potasio (KN₃) y el nitrógeno molecular (N₂) se comprimieron bajo una presión de más de 400.000 atmósferas y se calentaron a 2.000 grados Celsius con láseres de alta potencia. El siguiente paso fue dilucidar la estructura interna de este nuevo compuesto. Para ello, las muestras se expusieron a un haz de rayos X intenso en dos aceleradores de partículas, la fuente de rayos X PETRA III en el Sincrotrón de Electrones Alemán (DESY) en Hamburgo y la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón (ESRF-EBS) en Grenoble. La estructura atómica del compuesto K₉N₅₆ es, en sí misma, notable, de una complejidad casi nunca observada para sólidos producidos a presiones tan altas. Se compone de una disposición repetitiva de 520 átomos: 72 K y 448 N.

Referencia:

Dominique Laniel et al. (2023) Aromatic hexazine [N₆]⁴⁻ anion featured in complex structure of the high-pressure potassium nitrogen compound K₉N₅₆. Nature Chemistry doi: 10.1038/s41557-023-01148-7

Para saber más:

De la valencia y el enlace químico (y II)

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance