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惰性氮被迫与自身发生反应
发布时间:2019-09-17
  惰性氮被迫与自身发生反应

在维尔茨堡和法兰克福的化学家的研究中,两个大气氮分子(蓝色,中间)首次直接相互耦合。

图片来源:Rian Dewhurst博士/ Marc-AndréLégaré博士

构成我们呼吸的空气的78%以上,氮是地球上最纯净的元素。元素氮丰度的原因是二氮(N2)的令人难以置信的稳定性和惰性,二氮(N2)是一种包含两个氮原子的分子和大多数氮存在的形式。只有在非常恶劣的环境中,例如在电离层中,才能将二氮化氮组装成更长的氮链,从而形成寿命非常短的N4离子。

尽管二氮的惰性,自然界能够将其用作各种生物的重要原料。在生物系统中,N2中非常强的氮 - 氮键可以被裂解,并且可以产生氨(NH3),然后氨(NH3)成为地球上整个食物链的氮源。

全新的化学反应

模仿自然,人类使用的所有重要的哈柏法氮分解成氨,然后可以进一步加工制成肥料,并使其可用于生产颜料,燃料,材料,医药及以后的氮气。含有两个,三个或四个氮原子链的化合物的生产 - 例如在血管扩张药物中具有重要的药学意义 - 需要重新组装单氮分子,如氨,因为不存在直接反应可以直接连接二氮分子。

本周,来自德国,来自Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)和法兰克福歌德大学的研究团队在“ 科学 ”杂志上报道了一种全新的化学反应。新工艺使用含硼分子将两分子N2直接偶联到N4链中。他们第一次成功地将两分子的大气氮N2彼此直接偶联,而不必首先将二氮分解成氨,从而绕过Haber-Bosch过程。这种新方法可以直接产生更长的氮链。

打开通往新化学的道路

新的合成途径在非常温和的条件下起作用:零下30摄氏度和中等氮气压力(大约四个大气压)。与几乎所有氮的生物和工业反应不同,它也不需要过渡金属催化剂。

JMU化学教授Holger Braunschweig说:“这将为化学开辟道路,可以合成全新的链状氮分子。” 有史以来第一次,也可以容易地生产含有特殊氮(15N同位素)变体的氮链。

这一科学突破是基于JMU博士后Marc-AndréLégaré博士和博士候选人Maximilian Rang的实验工作。

歌德大学提供的理论见解

博士候选人Julia Schweizer和法兰克福歌德大学的Max Holthausen教授负责理论部分的工作。他们讨论了四个氮原子如何化学连接的问题。

“在复杂的计算机模拟的帮助下,我们能够理解这些美丽分子中出乎意料的复杂结合条件。这将使我们能够预测这些氮链的未来稳定性,并支持我们的实验伙伴进一步发展他们的发现, “法兰克福化学教授说。

研究的后续步骤

研究团队的目标是将新的氮链分子纳入与医药和制药相关的有机分子中,特别是能够生产15N类似物。

(来源:维尔茨堡大学)