Eptazina

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Eptazina
Nome IUPAC
1,3,4,6,7,9,9b-Eptaazafenalene
Nomi alternativi
Tri-s-triazina, 1,3,4,6,7,9-Exaazaciclo[3.3.3]azina
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C6H3N7
Massa molecolare (u)	173,14
Aspetto	solido giallo
Numero CAS	204-34-2
PubChem	136027
SMILES	C1=NC2=NC=NC3=NC=NC(=N1)N23
Proprietà chimico-fisiche
Solubilità in acqua	insolubile
Temperatura di fusione	>300 °C (573 K)
Indicazioni di sicurezza
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La eptazina o tri-s-triazina è un composto organico con formula C₆N₇H₃, costituito dalla fusione di tre unità s-triazina. In condizioni normali è un solido giallo, debolmente fluorescente, solubile in solventi organici ma decomposto dall'acqua in presenza di luce.^[1][2][3]

Il nome eptazina è utilizzato anche per i suoi derivati, dove i tre idrogeni sono stati sostituiti da altri gruppi funzionali. Oligomeri e polimeri dell'eptazina sono stati scoperti già nel 19º secolo, ma il loro studio è stato a lungo ostacolato dalla loro generale insolubilità. Questi composti sono usati come ritardanti di fiamma. I derivati dell'eptazina sono diventati oggetto di interesse per potenziali applicazioni in materiali per ottica non lineare, esplosivi, e per la costruzione di metal organic frameworks.^[4][5]

In un articolo pubblicato nel 1835 Justus von Liebig riporta che Jöns Jacob Berzelius scoprì che l'accensione del tiocianato mercurico Hg(SCN)₂ produceva H₂S, acido cianidrico HCN, e un residuo giallo insolubile. Liebig esaminò questo residuo e ne definì la composizione come (C₂N₃H)_n attribuendogli il nome melone.^[5][6] Negli anni seguenti Leopold Gmelin e Wilhelm Henneberg prepararono altri composti correlati con quelli preparati da Liebig, chiamandoli melonati e ciamelurati.^[7][8][9]

La struttura di questi composti fu chiarita solo nel 1937 da Linus Pauling e James Holmes Sturdivant. Tramite misure di cristallografia a raggi X stabilirono che i composti contenevano un nucleo C₆N₇ di anelli triazinici fusi, che chiamarono "nucleo ciamelurico".^[4][9] La sintesi dell'eptazina vera e propria è stata descritta solo nel 1982.^[1]

L'eptazina cristallizza nel sistema ortorombico, gruppo spaziale Pbca, con costanti di reticolo a = 722,5 pm, b = 2719,3 pm, c = 1385,8 pm, 16 unità di formula per cella elementare. La molecola risulta planare.^[1]

Secondo Pauling e Sturdivant, il modo migliore di descrivere la configurazione elettronica dell'eptazina è tramite 20 diverse strutture di risonanza, rappresentate nell'immagine successiva. Nelle ultime tre strutture ci sono 6 possibilità distinte dovute a rotazione e inversione speculare della molecola.^[9]

I

II

III - VIII

IX - XIV

XV - XX

Calcoli teorici indicano che nell'eptazina e in alcuni suoi derivati il più basso stato eccitato di tripletto (T1) sia situato ad energia maggiore del più basso singoletto eccitato (S1). È stato quindi sostenuto che l'eptazina costituisca il primo esempio di molecola organica a guscio chiuso che viola la prima regola di Hund.^[3]

• (EN) J. Ehrmaier, E. J. Rabe, S. R. Pristash, K. L. Corp e altri, Singlet–Triplet Inversion in Heptazine and in Polymeric Carbon Nitrides, in J. Phys. Chem. A, vol. 123, n. 38, 2019, pp. 8099–8108, DOI:10.1021/acs.jpca.9b06215.
• (DE) L. Gmelin, Ueber einige Verbindungen des Melon's, in Ann. Pharm., vol. 15, n. 3, 1835, pp. 252-258, DOI:10.1002/jlac.18350150306.
• (DE) W. Henneberg, Ueber einige Zersetzungsproducte des Mellonkaliums, in Justus Liebigs Ann. Chem., vol. 73, n. 2, 1850, pp. 228-255, DOI:10.1002/jlac.18500730217.
• (EN) R. S. Hosmane, M. A. Rossman e N. J. Leonard, Synthesis and structure of tri-s-triazine, in J. Am. Chem. Soc., vol. 104, n. 20, 1982, pp. 5497–5499, DOI:10.1021/ja00384a046.
• (DE) J. Liebig, Ueber einige Stickstoffverbindungen, in Ann. Phys., vol. 110, n. 4, 1835, pp. 570-613, DOI:10.1002/andp.18351100403.
• (EN) L. Pauling e J. H. Sturdivant, The Structure of Cyameluric Acid, Hydromelonic Acid and Related Substances, in Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 23, n. 12, 1937, pp. 615–620, DOI:10.1073/pnas.23.12.615.
• (EN) A. Schwarzer, T. Saplinova e E. Kroke, Tri-s-triazines (s-heptazines)—From a “mystery molecule” to industrially relevant carbon nitride materials, in Coord. Chem. Rev., vol. 257, n. 13-14, 2013, pp. 2032-2062, DOI:10.1016/j.ccr.2012.12.006.
• (EN) M. Shahbaz, S. Urano, P. R. LeBreton, M. A. Rossman e altri, Tri-s-triazine: synthesis, chemical behavior, and spectroscopic and theoretical probes of valence orbital structure, in J. Am. Chem. Soc., vol. 106, n. 10, 1984, pp. 2805–2811, DOI:10.1021/ja00322a014.
• E. K. Wilson, Old Molecule, New Chemistry. Long-mysterious heptazines are beginning to find use in making carbon nitride materials, su Chemical & Engineering News, 2004. URL consultato il 28 settembre 2022.

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su eptazina

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