中国科学院研发新方法：无毒光气路线合成高选择性非对称脲
时间：2024-12-14 19:40
小编：小世评选
在现代化学研究中，合成方法的安全性和环保性成为了科研工作者追求的重要目标。中国科学院兰州化学物理研究所的何林团队在这一领域取得了突破性进展。他们开发出一种全新的羰化合成路线，成功避免了传统光气法的毒性问题，从而实现了高选择性非对称脲的合成。相关研究成果已经在国际知名学术期刊《科学》中发表，受到了广泛关注。
光气法的局限性与挑战
含氮羰基化合物作为化学合成的重要中间体，广泛应用于制药、农业和材料科学等领域。传统上，这些化合物主要通过光气法进行生产。光气是一种剧毒物质，使用它不仅存在严重的安全隐患，而且在反应过程中会产生大量的腐蚀性盐酸，给环境保护带来了巨大的挑战。因此，寻找无毒、绿色的合成途径逐渐成为研究的热点。
新合成路线的关键创新
何林团队的研究焦点是使用一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）作为羰源，开发出一种新型的催化胺氧化羰化路线。这一过程巧妙地结合了亲核羰化和自由基羰化的反应模式，使得在合成非对称脲时能实现优良的选择性。
在具体操作中，研究小组利用钴和铜等金属中心的独特性质，实现了对于不同类型胺的精确识别。通过位阻效应，钴中心能够优先识别并催化一级胺的羰化反应，而铜中心则可以优选二级胺生成自由基，进一步促进反应的进行。这种策略确保了在同一反应中能够同时引入两种不同的胺片段，最终形成非对称脲的独特结构。
应用实例与重要性
研究团队的实验表明，这一新方法不仅适用于各种烷基胺，还能扩展到芳香胺和卤代胺的合成。研究者们还在其基础上开发出了一种电热催化耦合流程，利用电化学手段将二氧化碳还原为一氧化碳，再通过铜和钴的催化作用进行后续的氧化羰化反应，最终合成出非对称脲。该过程的化学选择性高达93%，显示了其优异的反应效率。
这种非光气路线的胺催化羰化反应不仅展现了良好的选择性，还能够直接合成一些重要的小分子药物。例如，用于治疗精神分裂症及躁狂抑郁症的药物卡利拉嗪（Cariprazine），就是通过这种新方法成功合成的。这一进展为制药工业中的化学合成提供了新的思路和方向，具有重要的应用价值。
与展望
通过这项研究，中国科学院兰州化学物理研究所的何林团队为含氮羰基化合物的合成打开了一扇新的大门，证明了在绿色化学领域的创新潜力。这一无毒光气替代路线不仅解决了传统方法中存在的安全和环保问题，还显著提高了合成反应的选择性和效率。
未来，随着技术的不断进步和优化，这一绿色合成方法有望在更广泛的化学反应中发挥作用，同时也将为实现可持续发展的化学工业贡献力量。科研人员期待能进一步探索这一新型催化体系的应用潜力，推动相关研究向更深层次发展，为人类社会的进步与环境保护做出更大的贡献。
