A dual theoretical-experimental study of Iron complexing with N-ligand: understand and design a catalyst

Abstract

El hierro es un elemento que está presente tanto en compuestos inorgánicos como en la naturaleza y en el interior de nuestro cuerpo, por ejemplo, en la hemoglobina y los sideróforos. Desde el punto de vista de la química inorgánica, el hierro es un elemento fascinante que se encuentra en estados variables de oxidación y espín dependiendo de la naturaleza de los ligantes, mostrando propiedades interesantes.1 Los ligantes que contienen nitrógeno son particularmente interesantes ya que son capaces de estabilizar incluso hierro (IV) o hierro (V) a través de diferentes geometrías. La afinidad de los ligantes no hémicos con el hierro ha mostrado ser específica por los átomos de nitrógeno, lo que implica una relación directa entre el número de enlaces en un complejo y el contenido de nitrógeno. La naturaleza del enlace, iónica o covalente, es un aspecto crítico que influye en las propiedades y la reactividad del hierro. En la búsqueda de entendimiento, la química teórica y computacional han sido particularmente eficientes. 2 En este trabajo se desarrolló el estudio teórico de los factores energéticos que influyen sobre el efecto catalítico en la reacción de deshidrogenación oxidativa de un compuesto de hierro coordinado con un ligante nitrogenado. Este tipo de reacciones son interesantes por sus características exotérmicas y su presencia en reacciones fundamentales como la producción de alquenos a partir de alcanos o incluso la síntesis de aminoácidos. 3,4 En este trabajo, se demostró que el complejo promueve la oxidación del ligante coordinado, lo cual contribuye a formar una imina a partir de una amina a través de la influencia del metal de transición. El centro metálico de Fe3+ coordinado con los ligantes 1,9-bis(2'-piridil)-2,5,8-triazanonano o 1,9-bis(3'-piridil)-2,5,8-triazanonano muestra un comportamiento muy diferente, no solo en la conformación sino también en la respuesta catalítica. Además, los resultados experimentales ilustrados en la literatura están respaldados por los resultados teóricos obtenidos. 5,6 A través de estudios DFT, se estudió el mecanismo de reacción para explicar las diferencias observadas entre ambos complejos. Además, los mecanismos se probaron bajo la acción de diferentes solventes para estimar qué condición favorecería la deshidrogenación oxidativa, mostrando mayor afinidad por el agua. Y finalmente, los estudios teóricos nos permitieron no solo explicar sino también diseñar modificaciones adicionales de este ligante, que serán probadas para predecir su actividad catalítica. 7