Исследователи из США и Германии синтезировали и изучили необычный нитрид железа, который реагирует с водой в мягких условиях, образуя большое количество аммиака.

Результаты работы позволят установить механизм как промышленного, так и биологического образования аммиака на железосодержащих катализаторах и, в итоге, разработать дешевые нетоксичные катализаторы.

Рисунок из Science, 2011, 331, 1049

Ранее химики высказывали предположение о существовании железонитридных интермедиатов, играющих роль в каталитическом превращении атмосферного азота в аммиак, коммерчески важной реакции, лежащей в основе производства удобрений и лекарственных препаратов. Ранее сообщалось об образовании производных железа(IV) и железа(VI), а также приводились спектральные свидетельства в пользу существования нитрида железа(V). Однако строгие структурные и спектральные доказательства строения таких соединений до настоящего времени так и не были получены.

В группах Джереми Смита (Jeremy Smith) и Карстена Мейера (Karsten Meyer) получены первые экспериментальные свидетельства в пользу существования относительно стабильного комплекса нитрида железа(V). Выделенное соединение отличается высокой реакционной способностью – используя воду, как источник протонов, соединение может подвергаться гидролизу при –78°C.

Смит подчеркивает, что результаты исследования, доказывающие существование соединений железа(V), могут оказаться полезными для исследователей, изучающих механизм действия металлоферментов, добавляя, что ранее в существование реакционноспособных интермедиатов, содержащих железо(V), было сложно поверить.

С помощью рентгеноструктурного анализа в группе Смита были получены детали структуры нового соединение, спектральные исследования, проведенные в группе Мейера, позволили выяснить его электронное строение. Соотнесение между собой результатов изучения структуры и электронных характеристик соединения позволило определить, что в нем содержится железо(V).

Смит добавляет, что обычно связывание нитрид-иона (N^3–) с железом достаточно прочное, и для разрушения такой связи требуются жесткие условия, например, сильнокислая среда. Однако в полученном соединении реализуется настолько слабое связывание N^3– с железом, что этот нитрид может быть гидролизован просто водой.

Джон Берри (John Berry), специалист по химии нитридов из Университета Висконсина восхищен работой Смита и Мейера. Он замечает, что нитрид железа(V)вполне можно рассматривать как «недостающее звено» в химии нитридов железа. Он добавляет, что вряд ли новое соединение может быть непосредственно использовано на практике для промышленного получения аммиака, однако некоторые закономерности реакционной способности соединений железа с азотом, обнаруженные при исследовании этой системы, вполне могут оказаться полезными для разработки систем фиксации атмосферного азота в будущем.

Источник:
1. Science, 2011, 331, 1049, DOI: 10.1126/science.1198315
2. http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2376