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氮气与烯烃直接合成烷基胺首次实现

来源:科技日报2024-06-19 10:03

  科技日报合肥6月18日电 18日,记者从安徽大学获悉,该校物质科学与信息技术研究院教授罗根与国内外同行合作,在多核钛氢化物介导的氮气与烯烃直接合成烷基胺研究中取得突破性进展。该研究成果6月17日发表在国际期刊《自然》上。

  作为大气主要成分的氮气,是最廉价且丰富的氮源。然而,由于其具有化学惰性,以氮气为原料合成含氮化合物极其困难,几乎所有人工合成的含氮有机物均以氨为氮源。目前,工业合成氨过程是唯一以氮气为原料的商业化过程。该过程需要高温、高压等苛刻条件,是典型的高能耗过程。因此,发展温和条件下直接以氮气为氮源合成含氮有机物的方法至关重要,这将有望实现含氮有机物的绿色、可持续合成工艺。

  烷基胺是一类重要的含氮有机物,广泛应用于医药、农药、材料等领域。烷基胺通常由氨及其衍生物与极性碳试剂反应制备。氨源自氮气,而极性碳试剂多由非活化烯烃的官能团化反应获得。原则上,非活化烯烃与氮气的直接氢胺化反应,有望实现烷基胺的简便、高效合成。然而该反应极具挑战,且此前一直未能实现。

  在该项研究中,研究人员在氮气活化与氮-碳键构筑方面取得新突破,首次实现了非活化烯烃与氮气的直接氢胺化反应合成烷基胺。研究人员利用三核钛氢化物,实现了温和条件下简单烯烃与氮气的直接氢胺化反应合成烷基胺,并通过理论计算从分子水平上详细阐明了其反应机理。

  这项研究的重要突破,还在于发展了一种氮气官能团化双活化新模式。在这种模式中,官能团化试剂先被活化,氮气再被活化,显著区别于氮气先被活化的传统氮气官能团化模式。同时,该研究成果还展示了多核氢化物框架可以作为氮气与非活化烯烃等简单碳氢化合物功能化的优秀媒介。

  研究人员表示,这项研究成果将激励广大科研工作者进一步探索在多核氢化物框架中,氮气与各种碳氢化合物的氢胺化反应,并设计开发利用氮气和简单碳氢化合物作为起始材料,催化合成胺类化合物的理想工艺。(记者吴长锋)

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