211service.com
Un nuovo modo per rompere i legami chimici ultra-forti
Un fondamentale progresso di laboratorio ha permesso di rompere, a temperatura e pressione ambiente, due dei più forti tipi di legami chimici per realizzare comuni composti industriali. In tal modo, i ricercatori della Cornell University hanno compiuto un primo importante passo verso processi a minore intensità energetica per la produzione di composti organici contenenti azoto.
Il legame azoto-carbonio è la spina dorsale di quasi tutti i prodotti farmaceutici più venduti, afferma Paolo Chirik , professore di chimica alla Cornell. I legami azoto-carbonio si trovano nel nylon, nei fertilizzanti, negli insetticidi e in ogni proteina. Riunire carbonio e azoto, tuttavia, richiede in genere grandi quantità di energia perché i chimici usano l'ammoniaca come fonte di azoto. Chirik ha sviluppato una nuova reazione che utilizza monossido di carbonio e azoto molecolare per creare questi legami. Una tale reazione richiede tipicamente anche grandi quantità di energia. Questo lavoro è descritto questa settimana nel giornale Chimica della natura .
Nella sua forma naturale, l'azoto molecolare, formato da due atomi di azoto tenuti insieme da un triplo legame, è una delle molecole più stabili esistenti. Non ha fini negativi o positivi, quindi è molto difficile farlo reagire, dice Chirik. Altri chimici stanno lavorando per imitare gli enzimi biologici che fissano l'azoto molecolare per produrre ammoniaca che potrebbe essere utilizzata come materia prima per i prodotti chimici organici. Il laboratorio di Chirik, al contrario, sta sviluppando una reazione per rompere il legame azotato non per produrre ammoniaca ma per produrre direttamente composti organici di azoto.
La chiave della reazione di Cornell, che richiede due passaggi per rompere i legami azotati, è un complesso contenente l'afnio metallico. Nella prima fase, due complessi metallici circondano ciascuna molecola di azoto, ingabbiandola. I complessi di afnio reagiscono con l'azoto, rompendo due dei legami e creando una molecola intermedia. Quindi il monossido di carbonio viene aggiunto alla miscela. Anche il monossido di carbonio è un composto molto stabile e non reagirebbe con l'azoto molecolare. Ma il monossido di carbonio reagirà con l'intermedio azoto-afnio, rompendo il legame finale di azoto per formare una molecola organica chiamata ossammide che viene rilasciata dal complesso afnio mediante l'aggiunta di acido.
Le persone che oggi producono composti organo-azotati devono prima produrre ammoniaca, afferma Christopher Cummins, professore di chimica al MIT. La cosa bella della nuova tecnica Cornell, dice, è che stanno sviluppando reazioni per trasformare direttamente l'azoto in organo-azoto. Cummins sottolinea che l'unica azienda a farlo a livello industriale, l'americana Cyanamid, ha utilizzato l'energia idroelettrica prodotta dalle cascate del Niagara per creare un arco elettrico abbastanza potente da azionare la reazione.
La chimica Cornell non è ancora pronta per l'uso industriale. Finora, la reazione che hanno sviluppato non è catalitica e quindi non è pratica. Il complesso di afnio permette alla reazione di procedere in condizioni ambientali, ma si consuma durante la reazione. Chirik sta lavorando su come togliere i pezzi dal metallo in modo che possa essere riutilizzato. I ricercatori della Cornell stanno anche cercando di determinare quanto sia generale la reazione. L'hanno usato per fare un fertilizzante; ulteriori lavori diranno se questo tipo di reazione funzionerà per una miriade di composti organo-azotati. Chirik dice che sta anche cercando di determinare se altri metalli possono essere usati per accelerare la reazione. L'afnio è efficace, ma è raro.
Questa è una finestra su qualcosa per il futuro, dice Cummins. La chimica di reazione di base di molecole semplici come l'azoto e il monossido di carbonio è ancora in fase di scoperta.