化学家利用二氮和烯烃制造出具有工业重要性的烷基胺

日本理化学研究所(RIKEN)的化学家在《自然》杂志上发表的一篇新文章中展示了利用氮(N2)——一种在我们周围的空气中自由存在的分子——可以组装一种关键的化学键。

此次演示有可能使聚合物和药物等工业上重要的化合物的合成更加节能。

氮气无处不在，占我们呼吸空气的近80%。尽管氮气的可用性很高，但直接用于化学反应却很困难。这是因为这种分子的强三键需要被切断。

对于用于制造药物和聚合物的烷基胺合成等应用，首先将氮原子一分为二以生成氨，这一额外步骤称为哈伯-博施法。易获取的烯烃成分还必须通过将其转化为醇或羧酸进行预活化。这些额外步骤增加了工艺时间并降低了效率。

它们还有另一个缺点。“合成这些氮源和碳源也会消耗大量能源，”理化学研究所可持续资源科学中心的TakanoriShima指出。

研究人员正在寻找这种方法的更好替代方法。“最好直接使用二氮和烯烃在温和条件下合成烷基胺，”他补充道。“但这种反应是未知的，预计极具挑战性。”

此前，Shima和他的合作者已经找到了一种使用钛多氢化物(由氢原子桥接的钛原子的化学复合物)来克服这些挑战的方法。

“我们发现钛多氢化物对诸如氮和苯等稳定的小分子表现出极高的反应性，”Shima说道。

现在，Shima和他的团队已经证明，钛多氢化物中的多个钛氢化物单元可以协同作用，从二氮和烯烃中生成烷基胺。

“当我们将烯烃与钛多氢化物进行反应时，烯烃被活化，但反应后仍残留许多钛氢化物单元，”Shima说道。

当研究小组随后添加二氮时，游离的钛氢化物单元协同裂解二氮分子，然后通过新的氮碳键将活性炭和氮物质夹在一起，生成烷基胺。

计算分析显示，该反应的关键在于，在两种底物均被激活后，氮碳键的形成选择性地发生在钛多氢化物骨架中。这是因为氮碳键的形成在能量上比其他可能的途径(如氮氢键或碳氢键)更有利。

Shima和他的团队目前正在探索将这种转变转变为催化过程的方法。