稀土金屬應用：氮氣首次直接合成含氮有機化合物

氮是維持生命活動的必需元素，是保障人類文明與生存的重要基礎；氮氣是空氣的最主要成分，約占空氣提及分數78%，是最豐富、最“最廉價”的氮源，可謂取之不盡用之不竭。從氮氣直接合成氨的工業合成氨技術(Haber-Bosch Process)是20世紀人類科學技術上的一項重大突破，奠定了現代農業的基礎，極大地推動了現代文明的進步。但其苛刻的反應條件和超高能耗（據推算每年能耗能量占全球耗能總量的1%-2%）使其難以符合人類社會可持續發展的要求。

氮氣的活化與轉化研究是人們長久以來關注的研究熱點，科學家們一直期待能用化學方法類比生物固氮過程，並能在常溫常壓下或相對溫和的條件下，將空氣的氮固定並使其轉化成具有更高利用價值的含氮有機化合物。因此，實現溫和條件下氮氣的直接高效活化與轉化，一直是科學家尤其是化學家最重要的使命之一。

近日，席振峰/張文雄課題組實現了由稀土金屬鈧（Sc）促進的，直接由氮氣、MeOTf和親電試劑等有機底物反應高效合成肼衍生物的過程。他們分離和表徵了(N2)2-, (N2)3-和(N2Me2)2-Sc中間體，並發現CO能有效插入(N2Me2)2-Sc中間體的Sc-N鍵中，實現了N2與CO的高效偶聯。

該工作首次實現了稀土金屬促進的從氮氣直接合成含氮有機化合物。稀土金屬對於我國的發展具有特別的重要意義，該工作對於稀土金屬的高效利用展示了一個新途徑。該工作得到了國家自然科學基金、北京分子科學國家研究中心和北京大學化學學院的大力支持。

文章Scandium-Promoted Direct Conversion of Dinitrogen into Hydrazine Derivatives via N-C Bond Formation發表在國際期刊J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 8773-8777。

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