Azoto e carbonio: rapporti meno difficili

Una nuova tecnica permette di spezzare due dei più forti legami chimici, a temperatura e pressione ambiente: quelli dell’azoto e del monossido di carbonio. L’hanno messa a punto un gruppo di ricercatori della Cornell University (Usa), che ne danno notizia dalle pagine di Nature Chemistry. Lo studio potrebbe favorire un’importante diminuzione di dispendio energetico nella fabbricazione industriale di composti d’azoto organico.

Nella sua forma naturale l’azoto molecolare, costituito da due atomi di azoto uniti da un triplo vincolo, è uno dei legami chimici più stabili che esistano. «Non ha terminazioni positive o negative, pertanto è molto difficile fare in modo che reagisca», ha spiegato Paul Chirik, docente di chimica alla Cornell University e primo autore della ricerca. Per rompere i legami di azoto, la nuova sintesi prevede due passi e si serve di un intermediario: il metallo afnio (Hf).

Nel primo step, due complessi metallici circondano i due atomi di azoto, ingabbiandoli. Il metallo reagisce con l’azoto, rompendo due legami su tre e creando una molecola intermedia di azoto-afnio. A questo punto viene aggiunto il monossido di carbonio (CO, molto stabile anch’esso), che reagisce con il nuovo composto, rompendo l’ultimo legame d’azoto rimasto. La molecola che si forma dalla reazione tra carbonio e azoto si chiama oxamide e viene rilasciata dalla “gabbia” di afnio quando si aggiunge acido.

I composti di azoto e carbonio sono particolarmente usati nell’industria farmaceutica e si trovano nel nylon, nei fertilizzanti, negli insetticidi e in tutte le proteine. Ma per unire questi due elementi servono grandi quantità di energia. Di solito, infatti, l’azoto è ricavato dall’ammoniaca (NH3) in un processo energeticamente dispendioso. L’aspetto positivo della nuova tecnica è che la reazioni trasformano direttamente l’azoto da inorganico a organico.

Nonostante il nuovo metodo non sia ancora pronto per un uso industriale – poiché il complesso di afnio rende possibile la reazione in condizioni ambientali, ma si consuma durante il processo – è plausibile considerare l’esperimento come una finestra sul futuro. Per Christopher Cummins, chimico del Mit, la chimica di base delle reazioni delle molecole semplici come l’azoto e il carbonio non è ancora stata scoperta. (a.o.)

Riferimento: DOI: 10.1038/NCHEM.477