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Como o constituinte mais abundante na atmosfera da Terra, dinitrogênio (N 2 ) é a principal fonte de nitrogênio de compostos contendo N na Terra. Portanto, N 2 a fixação e a ativação são essenciais tanto para a natureza quanto para os humanos. No entanto, a alta energia de dissociação da ligação (942 kJ / mol) e a grande lacuna HOMO-LUMO (10,82 eV) fazem N 2 exibem reatividade extremamente baixa e podem ser considerados como um gás inerte.
Atualmente, então 2 ativação e conversão na natureza e na indústria dependem principalmente de dois caminhos, em que amônia (NH 3 ) é o produto. Na natureza, nitrogenase metaloenzimas transferem N 2 em NH 3 à temperatura e pressão ambiente. Na industria, mais de 170 milhões de toneladas métricas de NH 3 é produzido a partir do processo Haber-Bosch anualmente, em que N 2 reage com dihidrogênio (H 2 ) sob condições adversas na presença de catalisadores de metal. Este NH 3 processo de síntese consome cerca de 1-2% do suprimento de energia anual do mundo junto com o enorme CO 2 emissão.
Comparado com NH 3 baseado em N 2 processo de fixação, uma rota alternativa de N 2 a fixação é a conversão direta de N 2 em compostos orgânicos contendo N sob condições moderadas. Essa abordagem é sempre direcionada porque fornece a solução potencial para desenvolver um sistema sustentável com requisitos reduzidos de combustível fóssil.
Em uma nova resenha publicada no National Science Review , Zhenfeng Xi et al. resumir os trabalhos anteriores de conversão direta mediada por metal de transição de N 2 em compostos orgânicos através da formação de ligações N-C em complexos de dinitrogênio de metal. A revisão é organizada pelos modos de coordenação dos complexos (final, lado a lado, de ponta a ponta, etc.) que estão envolvidos nas etapas de formação da ligação N-C, e cada parte é organizada em termos de tipos de reação (N-alquilação, N-acilação, cicloadição, inserção, etc.) entre complexos de dinitrogênio de metal e substratos à base de carbono. Além do mais, trabalhos anteriores na síntese de compostos orgânicos de N 2 via intermediários mal definidos também são informados pelos autores.
A relação entre os modos de coordenação de complexos de dinitrogênio e os tipos de reação de formação de ligações N-C. A formação da ligação N-C é relatada (√) ou não relatada (×). Crédito:© Science China Press
Além dos sistemas homogêneos de reação termoquímica estequiométrica, as sínteses relatadas esporadicamente envolvendo fotoquímica, eletroquímico, reações termo-catalíticas heterogêneas também são discutidas nesta visão geral.
Na revisão, os autores apontam que alguns ciclos sintéticos sobre a conversão direta de N 2 em compostos orgânicos também foram desenvolvidos nas últimas décadas. Contudo, todas essas reações são estequiométricas e o sistema catalítico para a introdução direta de N 2 em compostos orgânicos ainda não foi realizado. Os principais fatores que impedem que esses ciclos sintéticos completos se tornem um processo catalítico são as condições de reação rigorosas da formação da ligação N-C e as etapas de liberação de compostos orgânicos contendo N nesses ciclos, que são incompatíveis com as etapas de preparação para complexos de dinitrogênio de metal.
Para fornecer aos leitores perspectivas de pesquisas futuras, particularmente na conversão catalítica direta e eficiente de N 2 em compostos orgânicos contendo N sob condições moderadas, os autores também delineiam as direções de desenvolvimento potencial. Eles prevêem que os tópicos de pesquisa de 'novos tipos de reação e sistemas para formação de ligações N-C, '' espécie de metal polinuclear cooperativa N 2 cisão e funcionalização, '' os principais elementos do grupo promoveram a formação de ligações N-C, '' fotoquímica e eletroquímica envolveram a formação de ligações N-C, '' sistemas de catálise heterogêneos para conversão de N 2 em compostos orgânicos 'receberia mais atenção no futuro.
