Новости химической науки > Нитрид урана активирует С-Н связь

Исследователи из США разработали новый способ получения ранее недоступной для синтеза формы нитрида урана. Соединение важно не только в плане дальнейшего изучения особенностей химических связей, образуемых f- и p-элементами – мононитрид урана в керамическом состоянии является одним из кандидатов в ядерное топливо будущего.

Тем не менее, в настоящее время исследователи обладают лишь отрывочной информацией о химических свойствах тройной связи уран-азот. Результаты новой работы, проведенной исследовательской группой из Национальной Лаборатории Лос-Аламос демонстрируют, что нитрид урана отличается исключительно высокой реакционной способностью и может активировать связи C-H по механизму, который реализуется для ряда ферментов. Работа также может оказаться полезной для разработки хранения отработанного уран-нитридного ядерного горючего.

Уран-нитридный комплекс активирует связь C-H как цитохром P450. (Рисунок из Nature Chem., 2010, DOI: 10.1038/nchem.705)

В настоящее время описано лишь небольшое количество нитридных производных урана, и до настоящего времени не существовало примеров синтезированных и изученных молекулярных терминальных нитридов. Возглавлявшая исследование Жаклин Киплингер (Jaqueline Kiplinger) отмечает, что молекулярные модельные нитридные комплексы могут помочь исследователям лучше понять химические и физические свойства, а также электронное строение нитрида урана, что, по ее словам, может открыть новую страницу в химии урана.

В отличие от нитрида урана, находящегося в керамическом состоянии, содержащего повторяющиеся структурные единицы, в которых уран связан тройной связью с азотом, в молекулярном металлоорганическом соединении, полученном в Лос-Аламосе, содержится лишь одна тройная связь уран-азот. Исследователям удалось получить новое металлоорганическое соединение урана, вводя в координационную сферу азида урана U-N=N=N стабилизирующие лиганды. Облучение стабилизированного лигандами азида урана ультрафиолетом приводит к выделению молекулы азота и образованию целевого нитрида, однако практически сразу же после образования нитрид урана вступает во внутримолекулярную реакцию со связью C-H одного из стабилизирующих лигандов.

Киплингер отмечает, что наблюдавшаяся активация связи С–Н удивительно похожа на реакцию окисления алканов и спиртов, катализируемую ферментом-цитохромом P450, протекающую практически во всех живых организмах. Исследовательница из Лос-Аламоса добавляет, что в случае перспектив применения нитрида урана в качестве ядерного топлива необходимо лучше изучить свойства этого соединения, а изучение нового металлоорганического соединения позволяет взглянуть на связь U≡N.

Полли Арнольд (Polly Arnold), изучающая активацию малых молекул комплексами урана в Университете Эдинбурга отмечает, что она восхищена результатами исследования. Она добавляет, что связь U≡N – «Святой Грааль» химии производных урана, и вдвойне интересен тот факт, что уран-нитридный фрагмент может активировать связь С–Н. Арнольд считает, что если модифицировать систему таким образом, что связь U≡N будет участвовать в межмолекулярной активации связей С–Н, у металлоорганических соединений урана появляются новые перспективы.

Источник: Nature Chem., 2010, DOI: 10.1038/nchem.705

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #органическая химия, #химическая технология, #элементоорганическая химия