2019年4月29日

含氮化合物合成技術新突破

(Flickr-Danielle Scott, https://flic.kr/p/6ez1DW)
德國符茲堡大學(Julius-Maximilians-Universität Würzburg)與法蘭克福大學(Goethe University in Frankfurt)近日於Science發布研究指出,不必將氮氣(dinitrogen, N_2)分解成氮,也能成功製造出其它含氮化合物。

眾所皆知,在生物賴以為生的空氣中,有近78%的成分為氮氣。一般來說,它們除了以氮分子的狀態穩定存在於地球上之外,也存在更長的氮鏈型態,像是在惡劣如電離層(ionosphere)般的環境下才可能短暫出現的N_4。不過,即便氮氣具有惰性(inertness),其強烈的鍵結仍可被裂解,並製造出如氨氣一般可為生態系統中的食物鏈所運用的氮源。

為分解氮氣,人們仿照自然的方式,以哈伯法(Haber-Bosch)將其鍵結裂解,進而延伸出染劑、燃料與藥材等產品。其中如血管擴張(vaso-dilating)類藥物般含有多個鏈結的化合物,具備相當重要的藥理意義,因為氮分子狀態下基本上不存在其它直接的化學反應,故需要將氮原子重新組裝,才能製備出預想的化合物。

然而,研究團隊於最新研究中表明,這種將原子重新組裝的法則,在某些條件下是可以被跳過的──只要在零下30℃和4個大氣壓的環境下,便能利用含硼分子(boron-containing molecules)直接將2個氮分子合成N_4,即使沒有過度金屬當催化劑(transition metal catalyst)也能成功。此一發現是化學合成的一大突破,這也是第一次科學家能輕鬆打造出含有特殊氮變體的氮鏈。

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

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