Trigo, el mijo y el maíz necesitan nitrógeno para crecer. Por tanto, los fertilizantes contienen grandes cantidades de compuestos nitrogenados, que generalmente se sintetizan convirtiendo nitrógeno en amoníaco en el proceso industrial Haber-Bosch, el nombre de sus inventores. A esta tecnología se le atribuye la alimentación de hasta la mitad de la población mundial actual.

El aire consta de casi un 80 por ciento de nitrógeno (N2), que es, sin embargo, extremadamente poco reactivo, porque el enlace entre los dos átomos de nitrógeno es muy estable. El proceso Haber-Bosch rompe este vínculo, convertir nitrógeno en amoniaco (NH3) que puede ser absorbido y utilizado por las plantas. Este paso requiere presiones y temperaturas muy altas y consume tanta energía que se estima que consume el 1 por ciento de la energía primaria generada a nivel mundial.

"Así que buscábamos una forma de dividir el nitrógeno que fuera más favorable desde el punto de vista energético, "explica el profesor Holger Braunschweig del Instituto de Química Inorgánica de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Baviera, Alemania. Ciertas bacterias muestran que esto realmente funciona:son capaces de hacerlo a presión y temperatura normales mediante el uso de la enzima nitrogenasa que cataliza la reacción con la ayuda de los metales de transición hierro y molibdeno.

"Hasta ahora no hemos logrado reproducir un tipo de nitrogenasa, "Dice Braunschweig." Así que empezamos a buscar una alternativa:una molécula que sea capaz de catalizar la reacción y no se base en metales de transición ".

Su equipo ha estado estudiando compuestos específicos que contienen boro, los llamados borilenos, durante años. Se les considera candidatos potenciales para tal catalizador. Pero, ¿cómo exactamente tendría que estructurarse la molécula de borileno correspondiente para este propósito?

Se sabe que el hierro y el molibdeno en la nitrogenasa ceden electrones a la molécula de nitrógeno, un proceso llamado reducción. Esto hace que se rompa el enlace entre los dos átomos de N. Sin embargo, esto solo funciona porque los metales de transición son una buena combinación para la molécula de nitrógeno:sus orbitales, se puede encontrar el espacio por donde pasaron los electrones durante la reducción, se superponen considerablemente con los del nitrógeno debido a su distribución espacial.

Basado en predicciones de la mecánica cuántica, El Dr. Marc-André Légaré del Instituto de Química Inorgánica diseñó un borileno con una disposición orbital similar. Los resultados de sus investigaciones fueron luego probados sintéticamente en el instituto JMU.

Y con éxito ya que el borileno producido de esta manera era capaz de fijar nitrógeno, y eso a temperatura ambiente y presión atmosférica normal. "Por primera vez, pudimos demostrar que los compuestos no metálicos también son capaces de realizar este paso, "Enfatiza Légaré.

Sin embargo, esto no significa que el proceso Haber-Bosch esté a punto de ser abolido. Por una cosa, no es seguro que el nitrógeno reducido pueda desprenderse del borileno sin destruirlo. Sin embargo, este paso es necesario para reciclar el catalizador de modo que esté disponible para unirse a la siguiente molécula de nitrógeno posteriormente.

"Si esto finalmente producirá un método que sea más favorable energéticamente es todavía una pregunta abierta, ", dice el profesor Braunschweig." Es solo el primer paso, aunque sea uno importante, en camino a alcanzar la meta final ".

Los resultados del estudio, que se llevó a cabo en colaboración con el grupo de investigación del profesor Bernd Engels del Instituto JMU de Química Física y Teórica, será publicado en el renombrado Ciencias revista.