The Transformation of NH•••N and OH•••O Hydrogen Bonds in Molecular Crystals

Wydział ChemiiPrzeprowadzone przeze mnie badania wysokociśnieniowe pozwoliły poznać nowe właściwości kryształów molekularnych z wiązaniami wodorowymi NH•••N i OH•••O. Badania pirazolu wykazały, że w warunkach normalnych związek ten jest mieszaniną cząsteczek w formie neutralnej i jonowej. W trakcie prowadzonych badań odkryłam nową wysokociśnieniową fazę pirazolu. Badania 4-bromo-3,5-dimetylopirazolu wskazały, że łańcuchy NH•••N pod wpływem ciśnienia mogą przekształcać się w cykliczne trimery. Struktura 3,5-dimetylopirazolu pod wpływem ciśnienia zachowuje się inaczej niż pirazol i 4-bromo-3,5-dimetylopirazol. Trimery występujące w warunkach normalnych są stabilne, aż do 3.2 GPa. Podobną stabilność struktury pod działaniem ciśnienia wykazują kryształy 2-fenyloimidazolu. Wyniki badań dielektrycznych i NMR ciała stałego pokazały, że oprócz neutralnych molekuł w krysztale tym znajdują się domeny z dysproporcjonowanymi cząsteczkami, kationami i anionami. Opracowanie danych zebranych dla kwasu krokonowego ułatwiło zrozumienie dlaczego ferroelektryczne kryształy nie tworzą fazy paraelektrycznej. Moja praca dostarcza wiele nowych informacji eksperymentalnych, które pozwoliły poznać właściwości i przekształcenia wiązań wodowych NH•••N, a badania dotyczące kwasu krokonowego pozwoliły zaproponowanie nowej klasy kryształów ferroelektrycznych nie ulegających przemianie do fazy paraelektrycznej.I conducted high-pressure study of molecular crystals with NH•••N and OH•••O hydrogen bonds, showing their new properties. High pressure has different impact on the structure and it can cause various structural transformations. My research on pyrazole revealed that it is a mixture of neutral and ionic molecules at ambient conditions. I also discovered new high-pressure phase of pyrazole. Study on 4-bromo-3,5-dimethylpyrazole indicated that the chains of NH•••N bonded molecules at high pressure can transform into cyclic trimmers. In contrary to pyrazole and 4-bromo-3,5-dimethylpyrazole, trimers of 3,5-dimethylopyrazole, which occur at ambient pressure, are stable up to 3.2 GPa. Crystals of 2-phenylimidazole demonstrate similar structure stability at high pressure. Results of dielectric and NMR study revealed that except for neutral molecules there are domains with disproportionated molecules, cations and anions. Analysis of the data collected for croconic acid helped to understand why ferroelectric crystals do not create the paraelectric phase. To sum up, my thesis provided new experimental information, which allowed the introduction of novel properties and transformation of NH•••N hydrogen bonds in molecular crystals. In addition, the research regarding croconic acid allowed me to suggest a new class of ferroelectric crystals, which do not transform into the paraelectric phase