Gaz azote (n2) est l'un des gaz les plus abondants mais très stables dans l'atmosphère terrestre. Sa triple liaison N≡N a une énergie de dissociation de liaison extrêmement élevée (~ 940,95 kJ mol⁻¹), ce qui rend son activation et sa conversion dans des conditions conventionnelles très difficiles. Bien que le processus Haber – Bosch puisse convertir n2 à l'ammoniac (NH3), il nécessite des températures élevées (350–550 ° C) et des pressions (150–350 atm), conduisant à une consommation d'énergie significative.
La synthèse des composés azo (R1-N = nr2) pose un défi encore plus grand. Les méthodes traditionnelles impliquent de multiples étapes: oxydation de l'ammoniac, préparation au nitrite et couplage azoïque ultérieur – require plusieurs transitions redox, la rupture et la réforme des liaisons et une entrée d'énergie substantielle. Développer une méthode pour la conversion directe et efficace de n2 aux composés Azo dans des conditions douces demeure un défi critique en chimie.
Récemment, l'équipe de recherche dirigée par les professeurs Zidong Wei et Cunpu Li de l'Université Chongqing (Chine) ont proposé une stratégie innovante de catalyse électronique. En contrôlant le flux d'électrons, cette stratégie réalise une activation efficace et une transformation directe de n2 Dans des conditions douces pour synthétiser les composés Azo en une seule étape, offrant une nouvelle approche de la synthèse des composés à base d'azote vert.
Contrairement aux voies traditionnelles de synthèse AZO complexes, cette stratégie utilise intelligemment les électrons comme catalyseurs – ils participent activement à la réaction sans être consommés ou régénérés – circumvent les limites de l'énergie « n N2 → NH3 → voies de nitrite « , qui souffrent d'une consommation élevée d'énergie et d'une faible efficacité atomique. Les résultats sont publiés dans le Journal chinois de catalyse
La percée clé réside dans la correspondance de n2«S π * Orbitals antibondants, permettant une activation sélective des liaisons. L'énergie de liaison élevée de n2 rend ses orbitales π difficiles à activer directement. L'équipe de recherche a introduit un système aromatique, où les électrons sont injectés dans des composés aryle, formant des radicaux aryle (AR●). Depuis l'orbital anti-adorable de la RA● correspond étroitement à l'orbital π * de n2 En énergie et en symétrie, les électrons peuvent être transférés efficacement à n2π * orbital, l'activant avec succès et conduisant à la formation de diazo radical intermédiaire ((ar-n2)●).
De plus, cette stratégie contrôle la poussée et la traction des électrons électrochimiquement. L'intermédiaire radical diazo ((ar-n2)●) peut être davantage oxydé, enlevant un électron pour former un sel de diazonium relativement stable ((AR-N2)+), qui réagit facilement avec des phénols ou d'autres nucléophiles pour générer les composés Azo souhaités. Tout au long du processus, les électrons agissent comme un «catalyseur» qui fait la navette entre les électrodes, ni consommé ni modifiant l'énergie globale libre de Gibbs – établissant un modèle révolutionnaire de réaction de catalyse des électrons.
Les résultats de calcul démontrent que la stratégie de catalyse électronique réduit considérablement l'énergie d'activation pour la conversion n2 aux composés Azo. Comparé à la réaction non catalysée, qui nécessite 3,44 eV (ce qui le rend presque impossible dans des conditions normales), la voie catalysée par électrons réduit l'énergie d'activation à seulement 0,14 eV, ce qui rend la réaction cinétiquement possible. De plus, cette stratégie présente une large applicabilité, s'étendant au-delà de la synthèse de l'AZO à divers halogénures d'aryle et composés aromatiques nucléophiles, offrant une approche efficace pour synthétiser des produits chimiques à haute valeur ajoutée.
Cette étude présente une nouvelle approche basée sur la catalyse électronique pour directement n2 Fixation, tirant parti de la commande électrochimique pour réguler le flux d'électrons. Cela permet une activation efficace et sélective de n2 Dans des conditions douces, conduisant à une synthèse du composé Azo en une étape. Par rapport aux méthodes de synthèse traditionnelles, cette stratégie réduit la consommation d'énergie, simplifie la voie de synthèse et améliore l'efficacité globale. De plus, cette recherche établit un tout nouveau mécanisme de réaction catalytique, offrant de nouvelles informations sur la future synthèse du composé contenant de l'azote.
