Seltener Metallkomplex aus Distickstoffmonoxid ist auch bei Raumtemperatur stabil

Von der EU unterstützte Forschende haben einen seltenen Metallkomplex aus der Ozon abbauenden Verbindung Distickstoffmonoxid (N2O) synthetisiert. Das bedeutet, dass N2O in der synthetischen Chemie verwendet und zu Substanzen abgebaut werden könnte, welche die Atmosphäre nicht schädigen.

Klimawandel und Umwelt

Grundlagenforschung

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N2O wird als unentbehrliches Schmerzmittel, als Oxidationsmittel, das in Rennmotoren eingespritzt wird, und als Aerosol-Treibmittel verwendet. Es ist für den Menschen unbestreitbar wertvoll. Es ist jedoch auch ein schädliches Treibhausgas, das hauptsächlich aus landwirtschaftlichen Aktivitäten stammt. Obwohl N2O in der Atmosphäre in viel geringeren Konzentrationen als CO2 vorhanden ist, ist es 300-mal wirksamer beim Einfangen von Wärme als CO2, wodurch es einen gefährlichen Beitrag zum Klimawandel leistet. Forschende hat es dazu veranlasst, nach Wegen zu suchen, um die N2O-Emissionen zu begrenzen und die katalytische Zersetzung der Verbindung mit Metallen zu untersuchen.

Eine kürzlich durchgeführte Studie, die vom EU-finanzierten Projekt SMAC-MC (Small Molecule Activation by Main-Group Compounds) unterstützt wird, hat nun gezeigt, dass N2O auf ähnliche Weise wie CO2 an Metalle binden kann und ähnliche oder stärkere Verbindungen als CO2 bildet. Diese Fähigkeit eröffnet den Weg für die Verwendung von N2O in der synthetischen Chemie und für dessen Abbau zu Substanzen, welche die Atmosphäre nicht schädigen. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ veröffentlicht.

Der natürliche Prozess der Umwandlung von N2O in N2 und Wasser kann in Labors mithilfe katalytischer Metallkomplexe nachgeahmt werden. Im Gegensatz zu CO2 sind jedoch gut definierte Komplexe aus N2O mit Übergangsmetallen selten. Dies könnte daran liegen, dass N2O im Vergleich zu CO2 ein schlechter Ligand ist (ein Molekül, das an ein Metallatom oder -ion bindet). Um herauszufinden, wie und warum das so ist, synthetisierte das Forschungsteam vergleichbare Metallkomplexe aus N2O und CO2 und untersuchte die Metall-Ligand-Wechselwirkung.

Demonstration der starken Bindungsfähigkeit von N2O

Die Ergebnisse der Studie waren unerwartet. Die Forschenden demonstrierten, dass die Bindefähigkeit von N2O an Metall tatsächlich so gut oder sogar besser ist als die von CO2. „Es scheint, dass der oxidierende Charakter von N2O hauptsächlich, wenn nicht vollständig, für die Knappheit von diesen Liganden verwendenden Metallkomplexen verantwortlich ist“, berichtete der Mitautor und leitende Forscher von SMAC-MC, Prof. Heikki M. Tuononen von der Universität Jyväskylä in einer auf der Website „EurekAlert!“ veröffentlichten Pressemitteilung. „Als wir den richtigen Metallpartner für N2O hatten, war ihre Bindung stark genug, dass ein seltener seitengebundener Komplex auch bei Raumtemperatur isoliert und charakterisiert werden konnte“, erklärte Mitautor Dr. Chris Gendy von der Universität Jyväskylä in derselben Pressemitteilung.

Die Forschungsarbeiten zeigen, dass das Design stabilerer N2O-Komplexe möglich ist und den Weg für die Verwendung von N2O in der Synthesechemie ebnet. „N2O ist in vielerlei Hinsicht ein großartiges Oxidationsmittel. Es ist thermodynamisch stark, relativ günstig und liefert N2 als einziges Nebenprodukt“, bemerkte Prof. Tuononen. Mitautor Prof. Roland Roesler von der Universität Calgary fügte hinzu: „Es wäre sicherlich großartig, wenn N2O als Oxidationsmittel in metallkatalysierten Reaktionen verbreiteter wäre. Gleichzeitig sollten wir nicht vergessen, welche Rolle es in der Atmosphäre spielt.“

„Die Natur hat elegante enzymatische Wege gefunden, um N2O in Produkte umzuwandeln, die für die Atmosphäre harmlos sind. Wir sollten dasselbe mit unseren künstlichen Emissionen unter Verwendung neuartiger Katalysatoren anstreben“, folgerten die Forschenden in derselben Pressemitteilung. Die Erfolge des Teams fördern das Ziel des Projekts SMAC-MC, Durchbrüche bei der Entwicklung neuer Verbindungen auf der Basis von Hauptgruppenelementen zur Aktivierung kleiner Moleküle zu fördern.

Weitere Informationen:
SMAC-MC-Projekt

Schlüsselbegriffe

SMAC-MC, Distickstoffmonoxid, N2O, CO2, Metallkomplex, Oxidationsmittel, Atmosphäre