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氨气合成技术新突破

  • 2020-07-19
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德国符兹堡大学(Julius-MaximiliansUniversität Würzburg)与法兰克福大学 (Goethe University in Frankfurt)近日 于Science发布研究指出,不必将氮气 (dinitrogen, N2)分解成氮,也能成功製造出氨气(NH3)。

众所皆知,在生物赖以为生的空气中,有 近78%的成分为氮气。一般来说,它们 除了以氮分子的状态稳定存在于地球上之 外,也存在更长的氮链型态,像是在恶劣 如电离层(ionosphere)般的环境下才可 能短暂出现的N4。不过,即便氮气具有 惰性(inertness),其强烈的键结仍可被 裂解,并製造出如氨气一般可为生态系统 中的食物链所运用的氮源。

为分解氮气,人们仿照自然的方式,以哈伯法(Haber-Bosch)将其键结裂解,进而延伸出染剂、燃料与药材 等产品。其中如血管扩张 (vaso-dilating)类药物般 含有多个链结的化合物, 具备相当重要的药理意 义,因为氮分子状态下基 本上不存在其它直接的化 学反应,故需要将氮原子 重新组装,才能製备出预 想的化合物。

然而,研究团队于最新研究中表明,这种将原子重新组装的法则,在某些条件下是可以被 跳过的──只要在零下30℃和4个大气压 的环境下,便能利用含硼分子(boroncontaining molecules)直接将2个氮分 子合成N4,即使没有过度金属当催化剂 (transition metal catalyst)也能成功。

此一发现是化学合成的一大突破,这也是 第一次科学家能轻鬆打造出含有特殊氮变体的氮链。

Marc-André Légaré et al., Holger Braunschweig. The reductive coupling of dinitrogen, Science, 2019.