Los científicos explican por qué, a pesar de sus similitudes, el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de nitrógeno (N2) exhiben reactividades muy diferentes cuando se unen a ciertos metales. Información clave porque estas moléculas están en el corazón de los procesos más importantes para la producción de amoníaco (Amoníaco, o hidróxido de amonio, (NH4OH) es una solución acuosa formada a partir de…) e hidrocarburos, involucrando catalizadores (En química, un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química;…) metales.
© Antoine Simonneau
Indispensables en química industrial, el dinitrógeno (N2) y el monóxido de carbono (El monóxido de carbono es uno de los óxidos de carbono. Su fórmula bruta se escribe CO y su fórmula…) (CO) están en el corazón de los procesos más importantes en este campo: el dinitrógeno se utiliza en el proceso Haber-Bosch para sintetizar amoníaco (El amoníaco es un compuesto químico, con la fórmula NH3 (grupo genérico de…) (NH3) a una altura (La altura tiene varios significados dependiendo del área cubiertos.) de cientos de millones de toneladas por año, mientras que el monóxido de carbono (El Carbono es un elemento químico de la familia de los cristalógenos, símbolo C,…) permite la producción de cientos de miles de barriles de hidrocarburos por día.
Aunque estas dos moléculas diatómicas son similares en cuanto a su estructura electrónica, difieren radicalmente en su reactividad. El dinitrógeno es comúnmente considerado inerte (Inerte es el estado de hacer poco o nada.), constituyente básico de nuestra atmósfera (La palabra atmósfera puede tener varios significados:) que respiramos todos los días sin metabolizarlo (a diferencia del dioxígeno (El dioxígeno es una molécula compuesta por dos átomos de oxígeno, anotado O2,…) O2). El monóxido de carbono es un gas más reactivo, tóxico para los organismos vivos, que se utiliza en un extenso catálogo de reacciones de química orgánica.
Al involucrar un metal (en este estudio, manganeso (el manganeso es un elemento químico, de símbolo Mn y número atómico 25.), Mn) es posible combinar CO con fenillitio, un reactivo rico en electrones. Dado que se sabe que las moléculas de CO y N2 se unen de manera similar a un átomo de metal para formar un complejo de coordinación, los químicos primero sugirieron que la reactividad del dinitrógeno era análoga a la del CO, es decir, su reacción con el fenillitio para formar un enlace carbono-carbono o nitrógeno-carbono, respectivamente.
Combinando experiencia y cálculos teóricos, los científicos del Laboratorio de Química de Coordinación (CNRS) y del Laboratorio de Física y Química de Nano-Objetos (CNRS/INSA Toulouse/Universidad de Toulouse) muestran que el dinitrógeno unido al manganeso no presenta la misma reactividad que el monóxido de carbono unido al mismo metal. La difracción (La difracción es el comportamiento de las ondas cuando encuentran un obstáculo que no es suyo…) de rayos X sobre monocristales reveló la estructura molecular de los compuestos resultantes de la reacción del complejo de dinitrógeno con el fenillitio, excluyendo la formación de un enlace nitrógeno-carbono como se había propuesto.
Estos resultados, publicados en la revista Angewandte Chemie, arrojan nueva luz sobre las vías a explorar para operar la transformación catalítica del dinitrógeno en un compuesto de alto valor añadido.
Referencia
Quentin Le Dé, Amal Bouammali, Christian Bijani, Laure Vendier, Iker del Rosal, Dmitry A. Valyaev, Chiara Dinoi y Antoine Simonneau.
Una investigación experimental y computacional descarta la adición nucleófila directa en el ligando N2 en el complejo de manganeso y dinitrógeno [Cp(CO)2Mn(N2)]
Química Aplicada Edición Internacional 2023
https://doi.org/10.1002/anie.202305235