科学家突破氮气转化难题，实现高效绿色合成

作者智能小编

9 月 25, 2024 #合成, #固氮, #绿色, #麻省理工科技评论

氮气的高效转化与利用

空气中的氮气是地球上含量最丰富的气体之一，尽管它在自然界中占据了大约78%的体积比例，但由于其稳定的分子结构，氮气在常规条件下很难参与化学反应。这一特性使得氮气在合成含氮化合物时成为了一种廉价且丰富的原料，但传统的合成方法却需要在高温高压的苛刻条件下进行，这不仅消耗大量能源，还会产生大量温室气体。因此，开发一种在温和条件下以氮气为原料直接合成含氮化合物的方法，具有重要的科学意义和实际应用价值。

烷基胺的重要性与传统合成方法

烷基胺是一类重要的含氮化合物，广泛应用于医药、农药和材料等领域。传统的烷基胺合成方法通常涉及氨或其衍生物与亲电性碳试剂的反应。其中，氨主要通过工业上高能耗的Haber-Bosch过程制备，而亲电性碳试剂则通常由烯烃的官能团化而来。这种合成方法不仅能耗高，还伴随着大量的碳排放，对环境造成了严重的影响。

新方法的突破与应用前景

近日，日本理化学研究所的一支科研团队开发出了一种新的合成烷基胺的方法，这一方法在温和条件下直接利用氮气作为氮源进行反应，实现了含氮化合物的绿色可持续合成。具体而言，研究人员利用多金属络合物作为催化剂，将氮气与烯烃在常温常压下进行氢胺化反应，从而生成烷基胺。这一方法不仅能够绕开传统的高能耗Haber-Bosch过程，还能够显著降低合成过程中的碳排放，具有巨大的应用前景。

科研团队的探索与发现

该研究团队的研究工作并非一帆风顺。早在2013年，他们在合成钛氢化合物的过程中，意外地得到了氮气切断和氢化的产物。随后，在2014年，他们进一步发现，三核钛氢簇合物可以在常温常压下针对苯环的碳骨架进行切断和重排。这些意外的发现为他们后续的研究奠定了基础。在本次烯烃氢胺化的研究中，他们最初尝试在高温条件下进行反应，但多次实验均未获得成功。经过仔细分析后，他们发现室温下就能形成碳-氮键，而高温反而会促使已形成的碳-氮键发生断裂。这一发现不仅揭示了温和条件下氮气活化与转化的机制，也为未来的研究提供了新的思路。