Cómo se transfiere el nitrógeno por un catalizador
El conocimiento detallado permitirá el diseño de catalizadores adaptados a reacciones específicas
Los catalizadores con un enlace metal-nitrógeno pueden transferir el nitrógeno a las moléculas orgánicas. En este proceso se forman especies moleculares de corta vida, cuyas propiedades determinan críticamente el curso de la reacción y la formación del producto. El compuesto clave en una reacción catalítica de transferencia de nitrógeno a átomos ha sido ahora analizado en detalle por químicos de la Universidad de Göttingen y la Universidad Goethe de Frankfurt. La comprensión detallada de esta reacción permitirá el diseño de catalizadores adaptados a reacciones específicas.
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El desarrollo de nuevos medicamentos o materiales moleculares innovadores con nuevas propiedades requiere una modificación específica de las moléculas. El control de la selectividad en estas transformaciones químicas es uno de los principales objetivos de la catálisis. Esto es particularmente cierto en el caso de moléculas complejas con múltiples sitios de reacción, a fin de evitar desperdicios innecesarios para mejorar la sostenibilidad. La inserción selectiva de átomos individuales de nitrógeno en los enlaces carbono-hidrógeno de las moléculas objetivo es, por ejemplo, un objetivo particularmente interesante de la síntesis química. En el pasado, se postuló que este tipo de reacciones de transferencia de nitrógeno se basaban en simulaciones cuántico-químicas por computadora de complejos metálicos moleculares con átomos de nitrógeno individuales unidos al metal. Sin embargo, estos intermediarios altamente reactivos han escapado previamente a la observación experimental. Así pues, es indispensable una combinación estrechamente enmarañada de estudios experimentales y teóricos para el análisis detallado de estos intermediarios clave del metalonitrógeno y, en última instancia, la explotación de las reacciones catalíticas de transferencia de átomos de nitrógeno.
Los químicos de los grupos del Profesor Sven Schneider, de la Universidad de Göttingen, y del Profesor Max Holthausen, de la Universidad Goethe de Francfort, en colaboración con los grupos del Profesor Joris van Slagern, de la Universidad de Stuttgart, y del Profesor Bas de Bruin, de la Universidad de Ámsterdam, han podido por primera vez observar directamente ese metalonitreno, medirlo espectroscópicamente y proporcionar una amplia caracterización química cuántica. Para ello, un complejo de azida de platino se transformó fotoquímicamente en un metalonitreno y se examinó tanto magnetométricamente como mediante la fotocristalografía. Junto con la modelización teórica, los investigadores han proporcionado ahora un informe detallado sobre un metalonitreno diradical muy reactivo con un solo enlace metal-nitrógeno. El grupo pudo además mostrar cómo la inusual estructura electrónica del metalonitreno de platino permite la inserción selectiva del átomo de nitrógeno en, por ejemplo, los enlaces C-H de otras moléculas.
El profesor Max Holthausen explica: "Los hallazgos de nuestro trabajo amplían significativamente la comprensión básica de la unión química y la reactividad de tales complejos metálicos, proporcionando la base para una planificación racional de la síntesis". El profesor Sven Schneider dice: "Estas reacciones de inserción permiten el uso de los metalonitrógenos para la síntesis selectiva de compuestos orgánicos de nitrógeno a través de la transferencia catalítica de átomos de nitrógeno. Este trabajo contribuye, por lo tanto, al desarrollo de nuevas síntesis 'verdes' de compuestos de nitrógeno".
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