25.02.2021 - University of Jyväskylä

La elección del socio adecuado: La síntesis de un complejo de metales raros de óxido nitroso abre nuevas perspectivas para la degradación de un potente gas de efecto invernadero

Al igual que su pariente químico el dióxido de carbono (CO2), el óxido nitroso (N2O) es un importante gas de efecto invernadero y la principal sustancia que agota la capa de ozono emitida en el siglo XXI. Por ello, se están desarrollando estrategias para limitar sus emisiones y su descomposición catalítica con metales. Un estudio reciente indica que el óxido nitroso puede unirse a los metales de forma similar al dióxido de carbono, lo que ayuda a diseñar nuevos complejos con una unión aún más fuerte. Esto podría permitir el uso del óxido nitroso en la química sintética o ayudar a degradarlo a sustancias inocuas para la atmósfera. Los resultados se publicaron en la revista Angewandte Chemie International Edition como artículo muy importante el 17 de febrero de 2021.

Un análisis exhaustivo del presupuesto global de N2O ha demostrado que sus emisiones han aumentado durante las últimas cuatro décadas, siendo las actividades agrícolas las responsables del crecimiento. Aunque el N2O está presente en la atmósfera en una concentración 1000 veces menor que el CO2, es aproximadamente 300 veces más potente como gas de efecto invernadero.

En la naturaleza, el N2O es convertido por enzimas en N2 y H2O. El proceso puede imitarse en el laboratorio utilizando complejos metálicos catalíticos. Sorprendentemente, los complejos bien definidos de N2O con metales de transición son extremadamente raros, aunque el CO2 tiene una química de coordinación rica y bien documentada. El comportamiento enormemente disímil de estas dos pequeñas moléculas relacionadas se ha atribuido a las pobres características del ligando del N2O en comparación con el CO2, pero los orígenes y detalles de esta justificación son difíciles de rastrear.

"Cuanta más información tratábamos de encontrar sobre el tema, más nos acercábamos al razonamiento circular", afirma el Dr. Heikki M. Tuononen, de la Universidad de Jyväskylä (Finlandia). "En muchos casos, se destacaba alguna propiedad del N2O, pero casi todas son también características del CO2", continúa.

"Este rompecabezas fue una de las razones por las que, durante la visita del Dr. Tuononen a Calgary como becario Killam, nuestros equipos de investigación decidieron unir fuerzas y sintetizar complejos metálicos análogos de N2O y CO2, y estudiar en detalle la interacción metal-ligando", cuenta el Dr. Roland Roesler, de la Universidad de Calgary (Canadá).

Un raro complejo metálico de N2O estable incluso a temperatura ambiente

Los resultados de la investigación, que duró dos años, mostraron que, en contra de la opinión general, la capacidad de unión de metales del N2O es igual de buena o incluso mejor que la del CO2.

"Parece que el carácter oxidante del N2O es el principal responsable, si no el único, de la escasez de complejos metálicos que emplean este ligando", afirma el Dr. Tuononen.

"Una vez que tuvimos el compañero metálico adecuado para el N2O, su unión fue lo suficientemente fuerte como para poder aislar y caracterizar un raro complejo unido lateralmente incluso a temperatura ambiente", continúa el Dr. Chris Gendy, antiguo estudiante de doctorado de la Universidad de Calgary que fue parcialmente responsable del trabajo sintético.

Además de demostrar que el N2O tiene una capacidad intrínseca de unirse a los metales mejor que la reconocida hasta ahora, el trabajo de los dos equipos de investigación permite el diseño racional de complejos de N2O aún más estables que los caracterizados hasta ahora. Esto podría, a su vez, abrir nuevas vías para utilizar el N2O en la química sintética.

"El N2O es en muchos sentidos un gran oxidante. Es termodinámicamente fuerte, relativamente barato y da N2 como único producto secundario", explica el Dr. Tuononen.

"Sería estupendo que se generalizara el uso del N2O como oxidante en las reacciones catalizadas por metales. Al mismo tiempo, no debemos olvidar el papel que desempeña en la atmósfera", añade el Dr. Roesler.

"La naturaleza ha encontrado elegantes vías enzimáticas para convertir el N2O en productos inocuos para la atmósfera. Deberíamos aspirar a lo mismo con nuestras emisiones artificiales utilizando catalizadores novedosos", concluyen los equipos de investigación.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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