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稀土金屬的新應用:從氮氣直接合成含氮有機物

目前几乎所有人工合成的含氮有机化合物都需要经过工业合成氨(NH3)。而传统的工业合成氨过程(Haber-Bosch Process)条件极其苛刻。据推算年耗能占全球能耗的2%左右,需消耗约25%的化石资源,并且产生大量温室气体。因此,将氮气直接、高效、温和地转化为含氮有机化合物,而不经过NH3, 是解决以上问题的重要途径之一。但迄今相关文献报道很少, 催化反应体系还没有实现(见中文综述:从氮气直接合成含氮有机化合物,李嘉鹏 殷剑昊 俞超 张文雄 席振峰,《化学学报》2017, 75, 733-743)。

最近,席振峰/张文雄课题组实现了由稀土金属钪(Sc)促进的,直接由氮气、MeOTf和亲电试剂等有机底物反应高效合成肼衍生物的过程。他们分离和表征了(N2)2?-, (N2)3?-和(N2Me2)2?-Sc中间体,并发现CO能有效插入(N2Me2)2?-Sc中间体的Sc?N键中,实现了N2与CO的高效偶联(Scandium-Promoted Direct Conversion of Dinitrogen into Hydrazine Derivatives via N?C Bond Formation. Ze-Jie Lv, Zhe Huang, Wen-Xiong Zhang,* and Zhenfeng Xi,* J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 8773?8777)。

稀土金屬的新應用:從氮氣直接合成含氮有機物
稀土金屬钪(Sc)使氮氣直接轉化爲含氮有機化合物
 
該工作首次實現了稀土金屬促進的從氮氣直接合成含氮有機化合物。稀土金屬對于我國的發展具有特別的重要意義,該工作對于稀土金屬的高效利用展示了一個新途徑。論文的第一作者爲博士研究生呂澤傑。該工作得到了國家自然科學基金、北京分子科學國家研究中心和北京大學化學學院的大力支持。

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