德国工业技术大学（KIT）的研究人员揭示了一种活化和催化转移氨的新型系统--催化基于主族元素。氨（NH3）由氮和氢组成，是全球最常见的化工产品之一。它在制造众多氮基化合物中发挥着至关重要的作用。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）在各个领域都有大量需求。

通过主族元素化合物对氨进行可逆活化和催化转移。资料来源：弗兰克-布雷赫，德国工业技术大学

胺是农用和医药化学品以及洗涤剂、染料、润滑剂和涂料的基本成分。此外，还可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。

通过破坏氮和氢之间的强键（即活化），氨分子至少在理论上可以转移到其他分子上，如不饱和碳氢化合物。例如，将氨转移到化学工业中的重要物质乙烯上就会产生乙胺。

化学家将这种加成称为氢化反应。然而，氨和乙烯之间不易发生反应。反应的发生需要催化剂。然而，基于过渡金属的传统催化剂会与氨发生反应而失去活性。

"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与目标，"KIT 无机化学研究所分子化学部研究小组负责人 Frank Breher 教授说。

氨的活化和催化转移

通过与帕德博恩大学（Paderborn University）和马德里康普顿斯大学（Complutense University of Madrid）的研究人员合作，无机化学研究所的弗兰克-布雷赫（Frank Breher）教授和费利克斯-克雷默（Felix Krämer）博士现在距离实现这一具有挑战性的目标又近了一步。"我们已经开发出一种氨的活化系统，它不是基于过渡金属，而是基于主族元素。活化和随后转移氨的"原子经济"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，"布雷赫说。相关研究成果现已发表在《自然-化学》杂志上。

研究小组制备出了一种所谓的受挫路易斯对（FLP），它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。如果阻止或至少限制加合物的形成，就会产生受挫情况，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。我们是第一个用氨作为底物实现这一点的人，"Breher 报告说。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 NH3 转移反应。

"迄今为止，我们只转化了活化底物，没有转化不饱和碳氢化合物。但我们已经更接近我们梦想中的反应了，"布雷赫说。"我们预计，我们的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。"

参考文献 Felix Krämer、Jan Paradies、Israel Fernández 和 Frank Breher 于 2023 年 9 月 28 日发表在《自然-化学》上的文章："一种能够在非水介质中活化和催化氨转移的结晶铝碳基双亲化合物"。

DOI: 10.1038/s41557-023-01340-9

编译来源：ScitechDaily