今日Nature Chemistry:不用催化剂,室温下一锅法固氮还原!
nanoyu 2020-09-16

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第一作者:Marc-André Légaré
通讯作者:Holger Braunschweig

通讯单位:维尔兹堡大学


本文要点:
1. 利用主族元素在室温下实现了一锅法将氮气还原为铵
2. 揭示了氮气还原为铵的微观机理



工业上,将N2还原为氨是一种能源密集型过程,消耗了相当一部分的全球能源供应量。因此,近几十年来,人们一直在寻求能够在温和条件下可结合N2并裂解其强大的N–N键的物种。直到最近,人们发现可用于N2固定和功能化的唯一物种是基于元素周期表s和d嵌段中的少数几种金属。


近日,德国维尔茨堡大学Holger Braunschweig报道了利用主族元素在室温下实现了一锅法将N2还原为铵。


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要点1:

该反应是一个复杂的多重还原质子化序列,通过使用固相还原剂和酸性试剂,在室温下进行一步合成。然后对混合物进行简单的酸淬火,就可以得到氨的质子化形式,即化肥中存在的铵。此外,研究人员分离了反应的所有中间体。


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要点2:

研究发现,这个从N2到铵的过程是通过端到端桥接N2物种的逐步还原-质子化机制进行。用作质子化的B(OH)3与用于N2转化的过渡金属催化过程中使用的B(OH)3相比非常温和,后者通常是相对较强的有机酸、三氟酸或四(氟芳基)硼酸盐超强酸,因此整个过程中都存在高度亲核的氮原子。使得体系中富电子的硼原子不愿接受更多的电子(与许多过渡金属配合物相反),进而迫使还原步骤主要发生在N2部分,从而促进了N-N裂解和质子化。


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小结

这种N2的一锅化学转化,尽管不是催化过程,但证明了主族元素在低氧化态下,不仅可以激活非常惰性的小分子,而且可以通过级联的氧化还原和质子化过程来调节它们的转化。


参考文献:

Légaré, M., Bélanger-Chabot, G., Rang, M. et al. One-pot, room-temperature conversion of dinitrogen to ammonium chloride at a main-group element. Nat. Chem. (2020)

DOI:10.1038/s41557-020-0520-6

https://doi.org/10.1038/s41557-020-0520-6

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