曼彻斯特大学与牛津大学的研究团队报告称，他们在常温条件下合成并分离出稳定的氮链自由基阴离子晶体分子。研究人员表示，这类分子通常反应性极高，难以在常温下分离与研究。相关成果已发表于《自然化学》。

氮链分子的高反应性与研究难点

报道指出，长链氮离子与自由基通常指含有超过三个氮原子的链状分子。这类物种被认为存在于地球电离层及其他行星大气中，因反应性强，往往仅能在超高压等极端条件下保持稳定。研究人员称，这种特性使得含有超过三个氮原子的氮链在常温条件下容易快速分解，从而难以分离与系统表征。

研究团队同时提到，氮链分解时倾向释放N₂，因此被视为潜在的高能量密度材料，可用于推进剂、炸药和气体发生器等方向。

在论文中，作者写道，在超高压条件下已证实存在不同的氮相，并在技术相关的金属氮化物中鉴定出晶体Nn（n>3）链；但在常温条件下研究氮链离子仍是一项艰巨挑战，更深入理解其电子结构有望揭示尚未开发的化学空间。

常温分离无支持{N4}•−晶体分子

研究人员回顾称，既往工作曾通过质谱检测到氮链离子，或在低温条件下捕获相关物种；也有研究合成了金属配位的氮链，但其性质会受到金属中心影响。此前还曾报道有机取代的N4链，但未完成全面表征且稳定性不足。

在此次研究中，团队采用石墨钾还原对位取代的苯基叠氮化物，在常温条件下分离出五种无支持的四氮自由基阴离子（{N4}•−）晶体分子。其中一种衍生物[(4-BrC6H4)2N4]•−在无氧条件下储存6周后仍可存在。研究显示，该自由基主要离域于N4链上，尤其集中在末端氮原子附近。

研究人员同时指出，部分衍生物在分离过程中表现出不稳定性，并发生爆炸。

作者在论文中写道，[(4-FC6H4)2N4]•−、[(4-ClC6H4)2N4]•−、[(4-MeC6H4)2N4]•−以及[(Ph)2N4]•−也以类似方式被分离与研究。尽管观察到{N4}链自旋密度与芳香取代基稳定性存在差异，但计算与实验的电子结构研究一致表明，{N4}链具有部分多重键特征，且与芳香基团相连的末端氮原子呈现显著自由基特性。

反应性测试：可裂解并作为亚胺自由基阴离子来源

研究团队进一步在不同试剂与条件下测试其稳定性与反应性。实验结果显示，N4链可断裂为N1与N3片段，并可作为亚胺自由基阴离子的来源。研究人员据此认为，这类分子可作为可储存的氮基团转移试剂；相关反应性研究也与其观察一致，其中亚胺自由基阴离子的生成可被激活以形成酰胺。

作者表示，后续工作将继续探索含{N4}•−分子的更多反应模式，以加深对其化学性质的理解，并评估其作为克级可储存亚胺合成前体的潜力。