Clathrate Hydrates Coexisting Thiazole: Two Roles of Structure II Hydrate Former and Structure I Thermodynamic Inhibitor
Clathrate Hydrates Coexisting Thiazole: Two Roles of Structure II Hydrate Former and Structure I Thermodynamic Inhibitor
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噻唑共存的笼形水合物：结构II水合物形成剂和结构I热力学抑制剂的两种作用
DOI：
10.1021/acs.energyfuels.2c03709
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Nagao Jiro
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jin Yusuke;Kida Masato;Nagao Jiro
在这项研究中，我们报道了一种新的水合物前体，作为结构II （sII）前体和热力学抑制剂。噻唑是一种具有两个杂原子的芳香五环分子。噻唑与小的ch4和co2分子形成sII水合晶体。sII （CH4+噻唑）水合物的Rietveld细化结果使噻唑远离51264笼的中心，S原子和N原子分别在51264笼的两个五边形和一个六边形的顶点与O原子相对。考虑到51264笼中噻唑的N/S原子与O原子之间最接近的N - O/S - O距离，噻唑的N和S原子均与水骨架表现出主客体相互作用，如O - h··N/O - h··S氢键。同时，噻唑分子不能与c2h6分子形成sII水合物。它作为I (sI) c2h6水合物结构的热力学抑制剂。噻唑的主客相互作用不像四氢呋喃那么强，可以形成没有小分子的sII水合物。因此，由于噻唑与c2h6分子结合很难形成51264cage，因此c2h6 -噻唑-水体系会形成sI c2h6水合物。
In this study, we report a novel hydrate former that acts as a structure II (sII) former and thermodynamic inhibitor. Thiazole is an aromatic five-ringed molecule with two heteroatoms. Thiazole forms an sII hydrate crystal with small CH4and CO2molecules. The Rietveld refinement result of sII (CH4+ thiazole) hydrate positions the thiazole off the center of 51264cages, and S and N atoms face O atoms at the apex of two pentagonal faces and one hexagonal face of the 51264cage, respectively. Considering the nearest N–O/S–O distances between N/S atoms of thiazole and O atoms in the 51264cage, both N and S atoms of thiazole exhibit guest–host interactions with water frameworks, such as O–H···N/O–H···S hydrogen bonds. Meanwhile, the thiazole molecule cannot form an sII hydrate with the C2H6molecule. It functions as a thermodynamic inhibitor of the structure I (sI) C2H6hydrate. The guest–host interaction of thiazole would not be so strong as that of tetrahydrofuran, which can form an sII hydrate without small molecules. Therefore, because the 51264cage is difficult to form by the combination of thiazole and C2H6molecules, the C2H6–thiazole–water system would form the sI C2H6hydrate.
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