Por primera vez, dos moléculas de nitrógeno atmosférico (azul, medio) se acoplan directamente entre sí en una investigación realizada por químicos de Würzburg y Frankfurt. Crédito:Dr. Rian Dewhurst / Dr. Marc-André Légaré
Constituyendo más del 78% del aire que respiramos, el nitrógeno es el elemento que se encuentra con mayor frecuencia en su forma pura en la tierra. La razón de la abundancia de nitrógeno elemental es la increíble estabilidad e inercia del dinitrógeno (N 2 ), una molécula que comprende dos átomos de nitrógeno y la forma en la que existe la mayor parte del nitrógeno. Solo en entornos muy duros, como en la ionosfera, ¿Se puede ensamblar el dinitrógeno en cadenas de nitrógeno más largas, formando N 4 iones con una vida útil muy corta.
A pesar de la inercia del dinitrógeno, la naturaleza puede utilizarlo como materia prima importante para todo tipo de organismos vivos. En sistemas biológicos, el enlace nitrógeno-nitrógeno muy fuerte en N 2 se puede escindir y el amoníaco (NH 3 ) se puede producir, que luego se convierte en la fuente de nitrógeno para toda la cadena alimentaria de la Tierra.
Reacción química completamente nueva
Imitando la naturaleza los humanos usan el importantísimo proceso Haber-Bosch para descomponer el nitrógeno en amoníaco, que luego se puede procesar para producir fertilizantes y hacer que el nitrógeno esté disponible para la producción de pigmentos, combustibles materiales productos farmacéuticos y más. La producción de compuestos que contienen cadenas de dos, tres o cuatro átomos de nitrógeno, que tienen una importancia farmacéutica notable en los fármacos vasodilatadores, por ejemplo, requiere el reensamblaje de moléculas de mononitrógeno como el amoníaco, porque no existe una reacción directa que pueda conectar directamente moléculas de dinitrógeno.
Esta semana, equipos de investigación de Alemania, de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) y la Universidad Goethe de Frankfurt, reportar una reacción química completamente nueva en Ciencias revista. El nuevo proceso utiliza moléculas que contienen boro para acoplar directamente dos moléculas de N 2 en una 4 cadena. Por primera vez, han logrado acoplar directamente dos moléculas de nitrógeno atmosférico N 2 entre sí sin tener que dividir primero el dinitrógeno en amoníaco, evitando así el proceso de Haber-Bosch. Este nuevo método podría permitir la generación directa de cadenas de nitrógeno más largas.
Abriendo el camino a una nueva química
La nueva vía de síntesis funciona en condiciones muy suaves:a menos 30 grados Celsius y bajo una presión moderada de nitrógeno (alrededor de cuatro atmósferas). Tampoco requiere un catalizador de metal de transición, a diferencia de casi todas las reacciones biológicas e industriales del nitrógeno.
"Esto abrirá el camino a una química con la que se pueden sintetizar moléculas de nitrógeno en forma de cadena completamente nuevas, ", dice el profesor de química de la JMU, Holger Braunschweig. Por primera vez, También se pueden producir fácilmente cadenas de nitrógeno que contienen una variante especial de nitrógeno (isótopo 15N).
Este avance científico se basa en el trabajo experimental del postdoctorado de la JMU Dr. Marc-André Légaré y del candidato a doctorado Maximilian Rang.
Perspectiva teórica proporcionada por la Universidad Goethe
La candidata al doctorado Julia Schweizer y el profesor Max Holthausen de la Universidad Goethe de Frankfurt fueron los responsables de la parte teórica del trabajo. Abordaron la cuestión de cómo están conectados químicamente los cuatro átomos de nitrógeno.
"Con la ayuda de complejas simulaciones por computadora, pudimos comprender las condiciones de unión inesperadamente complicadas en estas hermosas moléculas. Esto nos permitirá predecir la estabilidad futura de tales cadenas de nitrógeno y apoyar a nuestros socios experimentales en el desarrollo de su descubrimiento. "dice el profesor de química de Frankfurt.
Próximos pasos en la investigación
Los equipos de investigación han tenido como objetivo incorporar las nuevas moléculas de la cadena de nitrógeno en moléculas orgánicas relevantes para la medicina y la farmacia. especialmente permitiendo la producción de sus análogos 15N.
