5.5: Estudios Modelo para Reducción de Nitrógeno

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 79237

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Los estudios modelo para la reducción de nitrógeno buscan desarrollar compuestos de coordinación que puedan imitar la actividad de la nitrogenasa, que convierte el dinitrógeno atmosférico en amoníaco o ion amonio. En las últimas décadas, ha habido cada vez más reportes de complejos de dinitrógeno, por lo que los investigadores han descubierto claramente algunos de los factores para lograr esa parte de la reacción.

Una cosa es poder unir un ligando de dinitrógeno a un centro metálico, pero otra muy distinta es poder conert ese dinitrógeno en amoníaco. Ese fuerte triple bono N-N cuesta alrededor de 200 kcal/mol para romperse; ese es un costo muy alto de pagar y no es fácil de hacer. La otra parte de la fijación de nitrógeno implica la formación del enlace N-H; esta parte del proceso podría ser exotérmica, por lo que podría ser un problema más fácil de resolver.La mayoría de los estudios que buscan avanzar hacia la producción de amoníaco comienzan con la reducción de un centro metálico para que a su vez tenga poder reductor suficiente para unirse a dinitrógeno. Luego se agregan ácidos para suministrar los protones necesarios para formar enlaces N-H. Los mecanismos propuestos de fijación de nitrógeno en la naturaleza implican una serie de pasos de transferencia de electrones y transferencia de protones, por lo que la adición de ácido parece una forma razonable de modelar el proceso.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Asignar el estado de oxidación sobre nitrógeno en las siguientes moléculas:

a) dinitrógeno b) diazeno, N ₂ H ₂ c) hidrazina, N ₂ H ₄ d) amoníaco, NH ₃

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Dibuja un mecanismo con flechas curvas e intermedios que muestren:

i) metal sodio reductor Fe (II) a Fe (0)

ii) nitrógeno molecular de unión

iii) protonación para formar un complejo de diazeno, que contiene un ligando H ₂ _{N 2}.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Dibuje los siguientes posibles intermedios de reducción de nitrógeno:

a) un complejo de diazeno b) un complejo de hidrazina

c) un complejo anión diazenilo d) un complejo anión hidrazinilo

e) un complejo puente de hidrazina f) un complejo puente de diazeno (dos estructuras)

g) un complejo puente de anión hidrazinilo h) un complejo de anión diazenilo puente (tres estructuras)

i) un complejo puente de hidrazinildianión (dos estructuras) j) un complejo puente de dianión de diazenilo