Fremstilling af N-C-bindinger direkte fra dinitrogen:Sammenfatning og perspektiv

Som den mest rigelige bestanddel i Jordens atmosfære, dinitrogen (N ₂ ) er den vigtigste nitrogenkilde til N-holdige forbindelser i Jorden. Derfor, N ₂ fiksering og aktivering er afgørende både for naturen og mennesker. Alligevel, den høje bindingsdissociationsenergi (942 kJ/mol) og det store HOMO-LUMO-gap (10,82 eV) gør N ₂ udviser ekstremt lav reaktivitet og kan betragtes som en inert gas.

I øjeblikket, derefter ₂ aktivering og omstilling i naturen og industrien afhænger hovedsageligt af to veje, hvori ammoniak (NH ₃ ) er produktet. I naturen, nitrogenase metalloenzymer overfører N ₂ ind i NH ₃ ved omgivelsestemperatur og tryk. I industrien, mere end 170 millioner tons NH ₃ produceres fra Haber-Bosch processen årligt, hvori N ₂ reagerer med dihydrogen (H ₂ ) under barske forhold i nærværelse af metalkatalysatorer. Denne NH ₃ synteseprocessen forbruger omkring 1-2% af verdens årlige energiforsyning sammen med den enorme CO ₂ udledning.

Sammenlignet med NH ₃ - baseret N ₂ fikseringsproces, en alternativ rute for N ₂ fiksering er den direkte konvertering af N ₂ til N-holdige organiske forbindelser under mild tilstand. Denne tilgang er altid målrettet, fordi den giver den potentielle løsning til at udvikle et bæredygtigt system med reducerede behov for fossile brændstoffer.

I en ny anmeldelse offentliggjort i National Science Review , Zhenfeng Xi et al. opsummer de tidligere værker af overgangsmetal-medieret direkte konvertering af N ₂ til organiske forbindelser via N-C-bindingsdannelse ved metalditrogenkomplekser. Gennemgangen er organiseret af kompleksernes koordinationsformer (end-on, side om side, ende-på-side-på, osv.), der er involveret i N-C-bindingsdannelsestrinene, og hver del er arrangeret i form af reaktionstyper (N-alkylering, N-acylering, cykloaddition, indskud, osv.) mellem metalditrogenkomplekser og carbonbaserede substrater. Udover, tidligere arbejder på en-gryds syntese af organiske forbindelser fra N ₂ via dårligt definerede mellemprodukter orienteres også af forfatterne.

Udover de homogene støkiometriske termokemiske reaktionssystemer, de sporadisk rapporterede synteser, der involverer fotokemiske, elektrokemisk, heterogene termokatalytiske reaktioner diskuteres også i denne oversigt.

I anmeldelsen forfatterne påpeger, at nogle syntetiske cyklusser om direkte omdannelse af N ₂ til organiske forbindelser er også blevet udviklet i de seneste årtier. Imidlertid, alle disse reaktioner er støkiometriske og det katalytiske system til direkte introduktion af N ₂ til organiske forbindelser er endnu ikke realiseret. De vigtigste faktorer, der forhindrer disse komplette syntetiske cyklusser i at blive en katalytisk proces, er de strenge reaktionsbetingelser for N-C-bindingsdannelsen og N-holdige organiske forbindelser, der frigiver trin i disse cyklusser, som er uforenelige med fremstillingstrinnene for metaldinitrogenkomplekser.

At give læserne perspektiver på fremtidig forskning, især i direkte katalytisk og effektiv konvertering af N ₂ til N-holdige organiske forbindelser under milde forhold, forfatterne skitserer ligeledes de potentielle udviklingsretninger. De forudser, at forskningsemnerne i 'nye reaktionstyper og systemer til dannelse af N-C bindinger, ' 'polynukleare metalarter kooperativ N ₂ spaltning og funktionalisering, ' 'hovedgruppeelementer fremmede N-C-bindingsdannelse, '' fotokemi og elektrokemi involverede dannelse af N-C bindinger, ' 'heterogene katalysesystemer til omdannelse af N ₂ i organiske forbindelser' ville få mere opmærksomhed i fremtiden.