Als het meest voorkomende bestanddeel in de atmosfeer van de aarde, distikstof (N ₂ ) is de belangrijkste stikstofbron van N-bevattende verbindingen in de aarde. Daarom, N ₂ fixatie en activering zijn essentieel voor zowel de natuur als de mens. Hoe dan ook, de hoge bindingsdissociatie-energie (942 kJ/mol) en de grote HOMO-LUMO-afstand (10,82 eV) maken N ₂ vertonen een extreem lage reactiviteit en kunnen worden beschouwd als een inert gas.

Momenteel, dan ₂ activering en conversie in natuur en industrie berusten voornamelijk op twee wegen, waarin ammoniak (NH ₃ ) is het product. In de natuur, stikstofase metalloenzymen overdracht N ₂ in NH ₃ bij omgevingstemperatuur en druk. In industrie, meer dan 170 miljoen ton NH ₃ wordt jaarlijks geproduceerd volgens het Haber-Bosch-proces, waarin N ₂ reageert met diwaterstof (H ₂ ) onder zware omstandigheden in aanwezigheid van metaalkatalysatoren. Deze NH ₃ syntheseproces verbruikt ongeveer 1-2% van 's werelds jaarlijkse energievoorziening samen met de enorme CO ₂ uitstoot.

Vergeleken met NH ₃ gebaseerde N ₂ fixatie proces, een alternatieve route van N ₂ fixatie is de directe omzetting van N ₂ in N-bevattende organische verbindingen onder milde voorwaarde. Deze aanpak is altijd gericht omdat het de mogelijke oplossing biedt om een ​​duurzaam systeem te ontwikkelen met minder fossiele brandstoffen.

In een nieuwe recensie gepubliceerd in de Nationale wetenschappelijke recensie , Zhenfeng Xi et al. vat de eerdere werken samen van door overgangsmetaal gemedieerde directe conversie van N ₂ in organische verbindingen via vorming van N-C-bindingen bij metaaldistikstofcomplexen. De beoordeling wordt georganiseerd door de coördinatiemodi van de complexen (end-on, zijdelings, aan de zijkant, enz.) die betrokken zijn bij de vormingsstappen van N-C-bindingen, en elk deel is gerangschikt in termen van reactietypes (N-alkylering, N-acylering, cycloadditie, invoeging, enz.) tussen metaaldistikstofcomplexen en op koolstof gebaseerde substraten. Daarnaast, eerdere werken over eenpotssynthese van organische verbindingen uit N ₂ via slecht gedefinieerde tussenproducten worden ook door de auteurs geïnformeerd.

Naast de homogene stoichiometrische thermochemische reactiesystemen, de sporadisch gerapporteerde syntheses met fotochemische, elektrochemisch, heterogene thermo-katalytische reacties worden ook besproken in dit overzicht.

In de recensie, de auteurs wijzen erop dat sommige synthetische cycli over directe omzetting van N ₂ in organische verbindingen zijn de afgelopen decennia ook ontwikkeld. Echter, al deze reacties zijn stoichiometrisch en het katalytische systeem voor de directe introductie van N ₂ in organische verbindingen is nog niet gerealiseerd. De belangrijkste factoren die voorkomen dat deze volledige synthetische cycli een katalytisch proces worden, zijn de rigoureuze reactieomstandigheden van de vorming van N-C-bindingen en N-bevattende organische verbindingen die stappen in deze cycli vrijgeven, die onverenigbaar zijn met de bereidingsstappen voor metaaldistikstofcomplexen.

Lezers perspectieven bieden voor toekomstig onderzoek, met name bij directe katalytische en efficiënte omzetting van N ₂ in N-bevattende organische verbindingen onder milde omstandigheden, de auteurs schetsen eveneens de mogelijke ontwikkelingsrichtingen. Ze voorspellen dat de onderzoeksthema's van 'nieuwe reactietypes en systemen voor de vorming van N-C-bindingen, ' 'polynucleaire metaalsoorten coöperatie N ₂ splitsing en functionalisering, ' 'hoofdgroepselementen bevorderden de vorming van N-C-bindingen, ' 'fotochemie en elektrochemie hadden betrekking op de vorming van N-C-bindingen, ' 'heterogene katalysesystemen voor de omzetting van N ₂ in organische verbindingen' zou in de toekomst meer aandacht krijgen.