Extracción selectiva de N2 del aire mediante complejos de hierro diarylimine

Área de la Ciencia:

• Química organometálica Química orgánica de los metales.
• Coordinación Química de la Coordinación
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.

Sus antecedentes:

• Los complejos de hierro son cruciales en varios procesos catalíticos.
• Comprender los efectos de los ligandos en la reactividad del centro del metal es clave para diseñar nuevos catalizadores.
• La unión selectiva de gases es un desafío significativo en la química de coordinación.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar nuevos complejos de hierro con ligandos diarylimine orto-sustituidos.
• Investigar la reactividad de estos complejos hacia pequeñas moléculas de gas, particularmente N2 y O2.
• Para aclarar los factores que rigen la unión selectiva de N2 sobre O2.

Principales métodos:

• Síntesis de complejos de hierro a través de la reacción de cis-(Me3P) 4FeMe2 con diariliminas orto-sustituidas.
• Caracterización de los complejos resultantes utilizando técnicas espectroscópicas y cristalografía de rayos X.
• Estudios de unión de gases que involucran la exposición a N2, O2, CO, NH3, H2 y otras moléculas pequeñas.
• Cálculos computacionales para determinar la favorabilidad termodinámica y cinética de los eventos de unión.

Principales resultados:

• Se sintetizaron con éxito nuevos complejos de hierro del tipo {mer-κC,N,C'-(Ar-2-il) CH2NCH(Ar'-2-il)}Fe(PMe3) 3.
• Estos complejos exhiben una sustitución selectiva de un ligando de fosfina por N2 tras la exposición al aire o N2, formando {mer-κC,N,C'-(Ar-2-il) CH2NCH(Ar'-2-il) }FePMe3) 2L (L = N2).
• La unión de dihidrógeno y amoníaco fue comparable a la del N2, mientras que también se formaron aductos de CO, CNMe y N2CPh2.
• El análisis computacional indicó que el adducto de dinitrógeno (2b) es termodinámicamente y cinéticamente favorecido sobre un potencial complejo de superóxido Fe (III).

Conclusiones:

• Los complejos de hierro sintetizados demuestran una notable selectividad para la unión del nitrógeno sobre el oxígeno.
• La selectividad observada se atribuye a un punto de cruce intersistémico más alto para la vía de unión N2 en comparación con O2.
• Estos hallazgos ofrecen información sobre el diseño de catalizadores a base de hierro para la fijación selectiva de nitrógeno.