Wasserstoffbrückenbindungen in Ammoniakaten

Im Gegensatz zu den O−H⋯O Wasserstoffbrücken in wasserhaltigen Solvatkristallen, den Hydraten, sind die analogen N−H⋯N Wasserstoffbrückenbindungen in Ammoniakaten kaum erforscht. Ziel der Arbeiten ist es, möglichst ammoniakreiche Kristalle zu präparieren, die Strukturen systematisch einzuordnen und Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu Hydraten herauszuarbeiten.

Protonierte und deprotonierte Ammoniak-Cluster - Säuren und Basen in NH₃

Die stärksten N−H⋯N Wasserstoffbrückenbindungen treten in Wechselwirkung mit geladenen Teilchen auf. Sowohl die Universalsäure des Ammonosystems, das Ammonium-Ion NH₄⁺, wie auch die Universalbase, das Amid-Ion NH₂⁻, bilden ammoniakreiche Salze. Im Zuge dieser Arbeiten konnten protonierte Ammoniak-Cluster wie [NH₄(NH₃)₄]⁺, [(NH₄)₂(NH₃)₁₀]²⁺, ∞¹[NH₄(NH₃)₄(µ-NH₃)₂]⁺ (Abb.1) und ∞¹[{N₂₆H₈₀}(µ-NH₃)₂]²⁺ erstmals strukturell charakterisiert werden. Auf der deprotonierten Seite konzentrieren sich die Untersuchungen auf Ammoniakate der Alkalimetall-Amide wie KNH₂·2NH₃ und RbNH₂·2/3NH₃.

Abb.1: Eindimensionale Stränge des Komplexes ∞¹[NH₄(NH₃)₄(µ-NH₃)₂]⁺ (Koordinationsumgebung des Ammoniumions mit blauen Tetraedern hervorgehoben)

Ammoniakate von Zuckern und Carbonsäuren

Die Wechselwirkungen organischer Verbindungen wie Carbonsäuren, Polyolen und Kohlenhydraten mit flüssigem Ammoniak waren bisher kaum erforscht. Ammoniak ist potentiell eine interessante Alternative zu sauerstoffhaltigen polaren Lösungsmitteln. Zur Zeit konzentrieren wir uns auf Löslichkeitsstudien, die Strukturchemie der auskristallisierenden Ammoniakate (Abb.2) und einfache Reaktionen mit Zuckern.

Abb.2: Wasserstoffbrücken um ein Molekül eines mehrwertigen Alkohols in D(−)–Sorbitol-Pentaammoniakat (links). Kristallstruktur von Ammoniumcapronat-Monoammoniakat, NH₄(C₅H₁₁COO)·NH₃ (rechts).