Un avance de laboratorio fundamental ha hecho posible romper, a temperatura y presión ambiente, dos de los tipos de vínculos químicos más fuertes para así poder fabricar compuestos industriales comunes. Con ello, un equipo de investigadores de la Universidad de Cornell ha dado un importante primer paso hacia un tipo de procesos menos intensivos a nivel de energía para la fabricación de compuestos orgánicos con contenido de nitrógeno.

“El vínculo nitrógeno-carbono es la espina dorsal de casi todos las farmacéuticas que más venden,” afirma Paul Chirik, profesor de química en Cornell. Las uniones nitrógeno-carbono se encuentran en el nylon, en los fertilizantes, en los insecticidas, y todas las proteínas. No obstante, para unir el nitrógeno y el carbono normalmente hacen falta grandes cantidades de energía puesto que los químico usan amoniaco como fuente de nitrógeno. Chirik ha desarrollado una nueva reacción que utiliza el monóxido de carbono y el nitrógeno molecular para crear estos vínculos. Este tipo de reacción también normalmente requiere grandes cantidades de energía. El trabajo se describe esta semana en la revista Nature Chemistry.

En su forma natural, el nitrógeno molecular, que está hecho de dos átomos de nitrógeno unidos por un triple vínculo, es una de las moléculas más estables que existen. “No tiene terminaciones positivas o negativas, así que es muy difícil hacer que reaccione,” afirma Chirik. Otros químicos están trabajando en imitar las enzimas biológicas que “unen” el nitrógeno molecular para crear amoniaco que pudiera ser utilizado como materia prima para componentes químicos orgánicos. El laboratorio de Chirik, por el contrario, está desarrollando una reacción para romper los vínculos y no hacer amoniaco sino directamente compuestos de nitrógeno orgánico.

La clave de la reacción de Cornell, que toma dos pasos para romper los vínculos de nitrógeno, es un complejo que contiene el metal hafnio. En el primer paso, dos complejos de metal rodean a cada molécula de nitrógeno, enjaulándolas. Los complejos de hafnio reaccionan con el nitrógeno, rompiendo dos de los vínculos y creando una molécula intermedia. Después se añade monóxido de carbono a la mezcla. El monóxido de carbono es también un compuesto muy estable y no reaccionaría con el nitrógeno molecular. Sin embargo el monóxido de carbono reacciona con el intermedio de nitrógeno-hafnio, rompiendo el vínculo de nitrógeno final para formar una molécula orgánica llamada oxamida que se libera del complejo de hafnio mediante la adición de ácido.

“La gente dedicada a la producción de compuesto organo-nitrógenos hoy día tienen que fabricar amoniaco primero,” señala Christopher Cummins, profesor de química de MIT. Lo bueno sobre la nueva técnica de Cornell, afirma, es que “están desarrollando reacciones que transforman en nitrógeno en organo-nitrógenos directamente.” Cummins destaca que la única compañía que lleva a cabo este proceso de forma industrial, American Cyanamid, utilizaba la hidropotencia de las Cataratas del Niágara para crear un arco eléctrico lo suficientemente potente como para provocar la reacción.

La química de Cornell aún no está lista para su uso industrial. Hasta ahora, la reacción que han desarrollado no es catalítica, y por tanto no es práctica. El complejo de hafnio hace que sea posible que la reacción tenga lugar en condiciones ambiente, pero se desgasta durante la reacción. Chirik está trabajando en la forma de “que las piezas se desprendan del metal” para que se puedan reutilizar.

“Esta es una ventana hacia algo de cara al futuro,” afirma Cummins. “La química de la reacción básica de las moléculas simples como el nitrógeno y el monóxido de carbono aún no ha sido descubierta.”