图1:聚氢化钛(中)直接将二氮和单链烯烃(左)转化为烷基胺(右)。©Takanori Shima(未发表)
一个关键的化学键可以用二氮(N2)来组装——一种在我们周围空气中随处可见的分子——理化研究所的化学家们已经证明了这一点。这一演示有可能使聚合物和药物等重要工业化合物的合成更加节能。
二氮无处不在，我们呼吸的空气中有近80%是二氮。但是，尽管二氮的可用性很高，但直接在化学反应中使用它是具有挑战性的。这是因为分子的强三键需要被切断。
对于诸如合成用于制造药物和聚合物的烷基胺之类的应用，二氮首先被分成两半以产生氨，这是一个额外的步骤，称为哈伯-博世过程。容易获得的烯烃组分也必须通过将其转化为醇或羧酸来预活化。这些额外的步骤增加了流程的时间和效率。
它们还有另一个缺点。“合成这些氮和碳源也消耗大量能源，”理研可持续资源科学中心的岛隆则指出。
研究人员正在寻找更好的替代方法。他补充说:“在温和的条件下，直接使用二氮和烯烃合成烷基胺会更好。”“但这样的反应是未知的，预计会非常具有挑战性。”
此前，Shima和他的合作者已经发现了一种克服这些挑战的方法，使用钛多氢化物，这是由氢原子桥接的钛原子的化学复合物。
“我们发现，多氢化钛对稳定的小分子，如二氮和苯，表现出极高的反应性，”Shima说。
现在，Shima和他的团队已经证明，多氢化钛中的多个氢化钛单元可以协同工作，从二氮和烯烃中生成烷基胺。
“当我们将烯烃与多氢化钛反应时，烯烃被激活，但反应后仍保留了许多氢化钛单元，”Shima说。
当研究小组接着加入二氮时，游离的氢化钛单元协同分裂二氮分子，然后通过一个新的氮碳键将活性炭和氮物种夹在一起，产生烷基胺。
计算分析表明，反应的关键是在激活两种底物后，在钛多氢化物框架中选择性地形成氮碳键。这是因为氮碳键的形成比其他可能的途径，如氮氢键或碳氢键的形成，在能量上更有利。
Shima和他的团队现在正在探索将这种转变转化为催化过程的方法。
Takanori Shima(中右)和他的团队发现，钛多氢化物中的氢化钛单元可以协同工作，从二氮和烯烃中生成烷基胺。这一过程可以使工业上重要化合物的合成更加节能。©2024理化研究所
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