Síntesis suave de amoníaco
Utilización de radicales de boro para convertir el nitrógeno en amoníaco en solución
El amoníaco se obtiene industrialmente mediante el proceso Haber-Bosch, que requiere mucha energía y gas hidrógeno. Ahora, un equipo de investigadores publica en la revista Angewandte Chemie un método mucho más suave. Según esta investigación, los compuestos reactivos de boro pueden dirigirse eficazmente al nitrógeno atmosférico y convertirlo en cloruro de amonio tras la adición de un ácido. Esta conversión tiene lugar en solución, a temperatura ambiente y sin necesidad de metales ni gas hidrógeno.
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El nitrógeno constituye el 77% del aire que respiramos, por lo que, en teoría, su disponibilidad para la síntesis de amoníaco es prácticamente infinita. Sin embargo, en la práctica, sólo reacciona muy lentamente con otros elementos. En el proceso Haber-Bosch, desarrollado hace más de 100 años, los catalizadores metálicos aceleran esta lenta reacción. Activan el nitrógeno, que a continuación reacciona con el hidrógeno a alta presión y temperatura, dando amoníaco.
El amoníaco se utiliza industrialmente para producir fertilizantes nitrogenados. También puede utilizarse como almacén de hidrógeno cuando éste se utiliza como fuente de energía. Hasta la fecha, los métodos microbiológicos para la fijación del nitrógeno han sido la alternativa más suave predominante propuesta para el proceso Haber-Bosch. Sin embargo, la explotación de bacterias para la producción biotecnológica de amoníaco sigue siendo bastante ineficiente.
Un equipo de investigadores dirigido por Nicolas Mézailles, de la Universidad Paul Sabatier (CNRS) de Toulouse (Francia), ha descubierto que los compuestos reactivos de boro pueden fijar y activar el nitrógeno molecular con gran eficacia. El equipo explicó su razonamiento inicial: "Pensamos que el uso de radicales de alta energía podría proporcionar una vía cinética y termodinámicamente favorable para la funcionalización del nitrógeno".
Los cálculos teóricos del equipo destacaron entonces los radicales centrados en el boro como candidatos adecuados. Los investigadores produjeron estos radicales centrados en el boro añadiendo un fuerte agente reductor a haluros de boro orgánicos. Las sustancias resultantes convertían el nitrógeno molecular a temperatura ambiente en borylaminas, que a su vez reaccionaban con ácido acuoso para dar cloruro de amonio.
Mézailles y su equipo han descrito ahora un nuevo método de fijación del nitrógeno en solución mediante compuestos radicales. Los investigadores observaron que los radicales centrados en el boro que produjeron rompían eficazmente el triple enlace estable del nitrógeno molecular, lo que permitía funcionalizar el nitrógeno molecular en condiciones suaves. Este enfoque basado en radicales abre nuevas posibilidades para la producción de amoníaco sin tener que depender de materias primas de origen fósil.
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