Net als zijn chemische relatieve koolstofdioxide (CO ₂ ), lachgas (N ₂ O) is een belangrijk broeikasgas en de dominante ozonafbrekende stof die in de 21e eeuw wordt uitgestoten. Bijgevolg, er worden strategieën ontwikkeld om de emissies en de katalytische ontleding ervan met metalen te beperken. Een recente studie geeft aan dat lachgas zich kan binden aan metalen op dezelfde manier als koolstofdioxide, wat helpt bij het ontwerpen van nieuwe complexen met een nog sterkere hechting. Dit kan het gebruik van lachgas in de synthetische chemie mogelijk maken of helpen om het af te breken tot stoffen die onschadelijk zijn voor de atmosfeer. De resultaten werden gerapporteerd in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie als een zeer belangrijk document op 17 februari 2021.

Een uitgebreide analyse van de wereldwijde N ₂ O budget heeft aangetoond dat zijn uitstoot de afgelopen vier decennia is toegenomen, met agrarische activiteiten die verantwoordelijk zijn voor de groei. ook al neen ₂ O is aanwezig in de atmosfeer in een concentratie die 1000 keer lager is dan CO ₂ , het is ongeveer 300 keer krachtiger als broeikasgas.

In de natuur, N ₂ O wordt door enzymen omgezet in N ₂ en H ₂ O. Het proces kan worden nagebootst in een laboratoriumomgeving met behulp van katalytische metaalcomplexen. Verrassend genoeg, goed gedefinieerde complexen van N ₂ O met overgangsmetalen zijn uiterst zeldzaam, ook al CO ₂ heeft een rijke en goed gedocumenteerde coördinatiechemie. Het enorm ongelijke gedrag van deze twee verwante kleine moleculen is toegeschreven aan de slechte ligandkenmerken van N ₂ O in vergelijking met CO ₂ , maar de oorsprong en details van deze rechtvaardiging zijn moeilijk te traceren.

"Hoe meer informatie we probeerden te vinden over het onderwerp, hoe dichter we bij een cirkelredenering kwamen, " zegt Dr. Heikki M. Tuononen van de Universiteit van Jyväskylä, Finland. "Vaak, een eigenschap van N ₂ O werd gemarkeerd, maar ze zijn bijna allemaal kenmerkend voor CO ₂ ook, " hij gaat door.

"Deze puzzel was een van de redenen waarom, tijdens het bezoek van Dr. Tuononen aan Calgary als Killam Scholar, onze onderzoeksteams besloten om hun krachten te bundelen en analoge metaalcomplexen van N . te synthetiseren ₂ O en CO ₂ , en de metaal-ligand interactie in detail bestuderen, " vertelt Dr. Roland Roesler van de Universiteit van Calgary, Canada.

Een zeldzaam metaalcomplex van N ₂ O stabiel, zelfs bij kamertemperatuur

De resultaten van het twee jaar durende onderzoek toonden aan dat, in tegenstelling tot de algemene opvatting, het metaalbindend vermogen van N ₂ O is even goed of zelfs beter dan die van CO ₂ .

"Het lijkt erop dat het oxiderende karakter van N ₂ O is meestal, zo niet helemaal, verantwoordelijk voor de schaarste aan metaalcomplexen die dit ligand gebruiken, " zegt dr. Tuononen.

"Toen we de juiste metaalpartner hadden voor N ₂ O, hun binding was sterk genoeg om zelfs bij kamertemperatuur een zeldzaam side-on-gebonden complex te isoleren en te karakteriseren, " vervolgt Dr. Chris Gendy, een voormalig Ph.D. student aan de Universiteit van Calgary die gedeeltelijk verantwoordelijk was voor het synthetische werk.

Naast het aantonen dat N ₂ O heeft een beter intrinsiek vermogen om aan metalen te binden dan tot nu toe werd erkend, het werk van de twee onderzoeksteams maakt het rationele ontwerp van N . mogelijk ₂ O-complexen die nog stabieler zijn dan de tot nu toe gekarakteriseerde complexen. Dit zou kunnen, beurtelings, nieuwe wegen openen voor het gebruik van N ₂ O in de synthetische chemie.

"N ₂ O is in veel opzichten een geweldig oxidatiemiddel. Het is thermodynamisch sterk, relatief goedkoop, en geeft N ₂ als het enige bijproduct, " legt dr. Tuononen uit.

"Het zou zeker geweldig zijn om meer wijdverbreid gebruik van N . te zien ₂ O als oxidatiemiddel in metaal-gekatalyseerde reacties. Tegelijkertijd, we mogen de rol die het speelt in de atmosfeer niet vergeten, " voegt dr. Roesler toe.

"De natuur heeft elegante enzymatische routes gevonden om N . om te zetten ₂ O in producten die onschadelijk zijn voor de atmosfeer. We zouden hetzelfde moeten nastreven met onze door de mens veroorzaakte emissies met behulp van nieuwe katalysatoren, ’ concluderen de onderzoeksteams.