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创新氨反应,推动可持续氮源发展!

时间:2023-10-27 来源: 浏览:

创新氨反应,推动可持续氮源发展!

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PART 0 1
引言
化学领域的一大目标是找到一种简单的方法,利用氨和不饱和碳氢化合物生产胺。通过催化添加来激活和转移氨不会产生任何废物。因此,该工艺是可持续的。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员现已接近实现这一目标。
PART 02
氨与不饱和碳氢化合物的反应性

氨分子(NH 3   )是氮和氢的化合物,是全球生产最频繁的化学品之一。它能与许多化合物发生反应,生成各种含氮化合物。如果能通过在不饱和碳氢化合物中简单地加入氨来生产胺,这将是化学领域的一个重大突破,因为胺(氨的有机衍生物)作为农业和医药化学品以及洗涤剂、染料、润滑剂和涂料的基本成分,需求量很大。此外,胺还用作生产聚氨酯的催化剂。胺还可用于炼油厂和发电厂的气体洗涤器。

然而,氨与乙烯等不饱和碳氢化合物的反应并不容易发生。这种反应需要催化剂。然而,基于过渡金属的传统催化剂在与氨反应后会失去活性。“因此,非活化烯烃与氨的氢化反应被认为是催化领域的一大挑战或圣杯。

PART 03
主族元素化合物的氨活化系统

为了解决这个问题,卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队与帕德博恩大学和马德里康普顿斯大学的研究人员合作,开发出一种基于主族元素的氨活化系统。这种系统的特点是:氨的’原子经济’活化和后续转移过程不会产生任何废物,这在可持续发展方面具有特别意义。

研究小组制备出了一种所谓的受挫路易斯对(FLP)。这种分子由作为电子对受体的酸和作为电子对供体的碱组成。通常情况下,两者会相互反应并产生加合物。如果能阻止或至少限制加合物的形成,就会产生受挫情况,这种分子很容易与氨等小分子发生反应。关键是要抑制反应性,使其与小分子的反应是可逆的。只有这样,才有可能在催化中使用这种 FLP。研究团队是第一个用氨作为底物实现这一点的团队。研究发现,FLP 很容易以热中性方式与非水氨发生反应,并在室温下可逆地拆分氨的氮氢键。研究人员首次展示了基于主族元素的催化剂催化的 N H 3   转移反应。

PART 04
前景展望
迄今为止,研究小组只转化了活化底物,没有转化不饱和碳氢化合物。但已经更接近理想中的反应了。首次原理验证将启动进一步的工作,将 N-H 活化氨用作一种易于获得且可持续的氮源。弗兰克-布雷赫教授和费利克斯-克雷默博士领导的团队距离实现这一具有挑战性的目标又近了一步。新的可持续性氨活化系统为进一步研究和应用开辟了道路,将氨用作一种简单且可持续的氮源来生产胺等重要化合物的前景变得越来越明朗。
参考文献
Felix Krämer et al, A crystalline aluminium–carbon-based ambiphile capable of activation and catalytic transfer of ammonia in non-aqueous media, Nature Chemistry (2023). DOI: 10.1038/s41557-023-01340-9
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