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Como constituyente más abundante en la atmósfera de la Tierra, dinitrógeno (N 2 ) es la principal fuente de nitrógeno de compuestos que contienen N en la Tierra. Por lo tanto, norte 2 la fijación y la activación son fundamentales tanto para la naturaleza como para los seres humanos. Sin embargo, la alta energía de disociación del enlace (942 kJ / mol) y el gran espacio HOMO-LUMO (10,82 eV) hacen que N 2 exhiben una reactividad extremadamente baja y pueden considerarse como un gas inerte.
En la actualidad, luego 2 La activación y conversión en la naturaleza y la industria se basan principalmente en dos vías, en el que el amoniaco (NH 3 ) es el producto. En naturaleza, transferencia de metaloenzimas nitrogenasa N 2 en NH 3 a temperatura y presión ambiente. En la industria, más de 170 millones de toneladas métricas de NH 3 se produce a partir del proceso Haber-Bosch anualmente, en el que N 2 reacciona con dihidrógeno (H 2 ) en condiciones adversas en presencia de catalizadores metálicos. Este NH 3 El proceso de síntesis consume alrededor del 1-2% del suministro anual de energía del mundo junto con la enorme cantidad de CO 2 emisión.
Comparado con NH 3 -basado en N 2 proceso de fijación, una ruta alternativa de N 2 la fijación es la conversión directa de N 2 en compuestos orgánicos que contienen N en condiciones suaves. Este enfoque siempre está dirigido porque proporciona la solución potencial para desarrollar un sistema sostenible con requisitos reducidos de combustibles fósiles.
En una nueva revisión publicada en el Revista Nacional de Ciencias , Zhenfeng Xi y col. resumir los trabajos anteriores de conversión directa mediada por metales de transición de N 2 en compuestos orgánicos a través de la formación de enlaces N-C en complejos de dinitrógeno metálico. La revisión está organizada por los modos de coordinación de los complejos (end-on, en ese lado, de extremo a lado, etc.) que están involucrados en los pasos de formación de enlaces N-C, y cada parte está ordenada en términos de tipos de reacción (N-alquilación, N-acilación, cicloadición, inserción, etc.) entre complejos de dinitrógeno metálico y sustratos a base de carbono. Además, trabajos anteriores sobre síntesis en un solo recipiente de compuestos orgánicos a partir de N 2 a través de intermedios mal definidos también son informados por los autores.
La relación entre los modos de coordinación de los complejos de dinitrógeno y los tipos de reacción de formación de enlaces N-C. La formación de enlaces N-C se informa (√) o no se informa (×). Crédito:© Science China Press
Además de los sistemas de reacción termoquímica estequiométrica homogénea, las síntesis reportadas esporádicamente que involucran fotoquímica, electroquímico Las reacciones termocatalíticas heterogéneas también se analizan en esta descripción general.
En la revisión, los autores señalan que algunos ciclos sintéticos sobre conversión directa de N 2 en compuestos orgánicos también se han desarrollado en las últimas décadas. Sin embargo, todas estas reacciones son estequiométricas y el sistema catalítico para la introducción directa de N 2 en compuestos orgánicos aún no se ha realizado. Los principales factores que evitan que estos ciclos sintéticos completos se conviertan en procesos catalíticos son las rigurosas condiciones de reacción de la formación del enlace N-C y los pasos de liberación de compuestos orgánicos que contienen N en estos ciclos, que son incompatibles con los pasos de preparación para complejos de dinitrógeno metálico.
Brindar a los lectores perspectivas de investigación futura, particularmente en conversión catalítica directa y eficiente de N 2 en compuestos orgánicos que contienen N en condiciones suaves, los autores también describen las posibles direcciones de desarrollo. Pronosticaron que los temas de investigación de 'nuevos tipos de reacción y sistemas para la formación de enlaces N-C, '' cooperativa de especies de metales polinucleares N 2 escisión y funcionalización, 'Los elementos del grupo principal promovieron la formación de enlaces N-C, '' la fotoquímica y la electroquímica implican la formación de enlaces N-C, '' sistemas de catálisis heterogéneos para la conversión de N 2 en compuestos orgánicos 'recibiría más atención en el futuro.
