稀土金属应用：氮气首次直接合成含氮有机化合物

氮是维持生命活动的必需元素，是保障人类文明与生存的重要基础；氮气是空气的最主要成分，约占空气提及分数78%，是最丰富、最“最廉价”的氮源，可谓取之不尽用之不竭。从氮气直接合成氨的工业合成氨技术(Haber-Bosch Process)是20世纪人类科学技术上的一项重大突破，奠定了现代农业的基础，极大地推动了现代文明的进步。但其苛刻的反应条件和超高能耗（据推算每年能耗能量占全球耗能总量的1%-2%）使其难以符合人类社会可持续发展的要求。

氮气的活化与转化研究是人们长久以来关注的研究热点，科学家们一直期待能用化学方法模拟生物固氮过程，并能在常温常压下或相对温和的条件下，将空气的氮固定并使其转化成具有更高利用价值的含氮有机化合物。因此，实现温和条件下氮气的直接高效活化与转化，一直是科学家尤其是化学家最重要的使命之一。

近日，席振峰/张文雄课题组实现了由稀土金属钪（Sc）促进的，直接由氮气、MeOTf和亲电试剂等有机底物反应高效合成肼衍生物的过程。他们分离和表征了(N2)2-, (N2)3-和(N2Me2)2-Sc中间体，并发现CO能有效插入(N2Me2)2-Sc中间体的Sc-N键中，实现了N2与CO的高效偶联。

该工作首次实现了稀土金属促进的从氮气直接合成含氮有机化合物。稀土金属对于我国的发展具有特别的重要意义，该工作对于稀土金属的高效利用展示了一个新途径。该工作得到了国家自然科学基金、北京分子科学国家研究中心和北京大学化学学院的大力支持。

文章Scandium-Promoted Direct Conversion of Dinitrogen into Hydrazine Derivatives via N-C Bond Formation发表在国际期刊J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 8773-8777。

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