“安得廣廈千萬間，大庇天下寒士俱歡顔”，這句唐代詩聖杜甫的千古名句，傳唱至今。這首詩真切表達了詩人希望天下窮苦人都能過上安定生活的美好理想和希望，表達了詩人關心民生疾苦的寬廣胸襟和濟世情懷。

古人有古人憂國憂民的思想情懷，今人亦有今人為實現國家繁榮富強而奉獻自己青春和力量的理想抱負。

對于現在的化學家來說，他們經常會使用或者合成各類有機化合物，且深知這些化學物質的“脾性”（有機化合物的結構、物化性質、毒性以及功能應用等）。其中，最令化學家們感興趣的有機物之一就是有機胺。

什麼是有機胺？

有機胺一般是指有機類物質與氨發生化學反應生成的有機胺化合物，共分為脂肪胺類、醇胺類、酰胺類、脂環胺類、芳香胺類、萘系胺類以及其它胺類七大類。根據有機胺的氮上取代基數量的不同還可分為伯胺、仲胺和叔胺。

最簡單且最為人們所熟知的有機胺是尿素。它又被稱為碳酰胺（carbamide)，其化學式是CH4N2O，是由碳、氮、氧、氫組成的有機化合物，是一種白色晶體。

作為一種中性肥料，尿素适用于各種土壤和植物，是目前使用量較大的一種化學氮肥。

此外，有機胺還是一類重要的化學中間體，被廣泛應用于農藥醫藥、化妝品、生物活性天然産物以及功能材料等精細化學産品的合成中。

化學家對“胺”全感的追求

随着化學工業的發展，國内對有機胺的需求急劇增加。目前，全球有機胺的生産能力已超過100萬噸，而有機胺類化合物的生産主要集中在發達國家，國内有機胺的研究市場潛力巨大。

再加上有機胺化合物還在人們的社會生産和生命健康中扮演重要的角色。

因此，很多化學家專注于開發一系列經濟高效、簡潔綠色的合成方法用于制備有機胺類化合物，創造在人們未來社會生産中可能需要的新型有機胺結構，并進一步實現有機胺類化合物的工業規模化合成和進一步衍生應用。

通過對有機胺進行合成和改造，為人們的衣食住行和生命健康提供便利和保障，從而為人類創造更美好的物質生活，增加人們的“胺”全感和幸福感，這就是很多化學家的理想追求。

有機胺的合成發展

提到有機胺的合成，不得不提的是尿素的合成，為什麼呢？

因為尿素的合成不僅具有重大的工業意義，它還代表了有機化學的起源。

“有機化學”這一名詞于1806年首次由貝采利烏斯提出。當時是作為“無機化學”的對立物而命名。19世紀初，許多化學家相信，在生物體内由于存在所謂的“生命力”才能産生的有機化合物是不能由無機化合物合成的。

1824年，德國化學家弗裡德裡希·韋勒用氰經水解制得草酸，1828年他無意間用加熱的方法又使氰酸铵轉化為尿素。氰和氰酸铵都是無機化合物，而草酸和尿素都是有機化合物。于是，1828年，韋勒發表了《論尿素的人工制成》論文，這标志着有機化學的開端。

現代工業上都以氨和二氧化碳為原料生産尿素。世界上第一座這樣的工廠是由德國的法本公司于1922年在Oppau建成投産的，采用的是熱混合氣壓縮循環。

除了最簡單的有機胺—尿素，其他種類有機胺的工業規模化合成也取得了一定發展。

目前，工業上有機胺類化合物的制備方法主要有醇、鹵代烷對氨/胺的烷基化，醛的還原胺化，以及腈的還原等。但這些方法的原料均需多步合成、操作步驟複雜、污染環境，且反應條件苛刻，所需溫度及壓力較大。

因此，無論在科學還是工業生産層面，都需要化學家們去開發創造更加高效簡潔、綠色經濟和符合可持續發展原則的有機胺合成路線。

如何“一步”合成有機胺？

既然需要發展更加高效的有機胺合成路線，那麼能夠“一步”合成胺的反應具有重要意義。

“烯烴的氫胺甲基化”就是這樣一類典型的串聯羰基化反應，它能夠以“一鍋”的方式将烯烴、合成氣（一氧化碳和氫氣）和原料胺直接轉化為更加複雜的産物胺。

這個反應的原子利用率高達100%，充分利用了工業上産生的有毒廢氣一氧化碳，減少了反應過程中固廢對環境的危害，符合綠色化學的理念和可持續發展的要求。

在烯烴的氫胺甲基化中，離不開催化劑的催化作用，催化劑是幾乎所有有機反應順利進行的關鍵核心。

目前在氫胺甲基化反應中，均相催化劑的反應效率和區域選擇性（反應過程中會生成直鍊胺和支鍊胺）都能取得良好的結果，但是存在铑、钌貴金屬難以重複使用的問題。

雖然在雙相催化工藝中铑、钌貴金屬流失的難題在一定程度得到了解決，但是反應效率較低。多相催化劑雖然也能在一定程度上實現铑、钌貴金屬的重複使用，但是反應的活性和産物有機胺的區域選擇性難以得到有效保障。

因此，如何設計開發高效的多相催化劑用于氫胺甲基化反應，從而獲得優異的産率、區域選擇性以及催化劑可重複使用性是該研究領域的難題。

近期，中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室均多相融合催化課題組設計了一種新型的聚合物催化劑。

該聚合物催化劑以雙齒膦配體DPMphos和單齒膦配體p-3vPPh3為共聚單體，并在制備聚合物的過程中利用原位包埋活性金屬铑而制得，被命名為Rh@CPOL-DPMphos&p-3vPPh3。

在聚合物催化劑中，金屬铑是以單原子分散的形式存在（聚合物催化劑的球差電鏡表征圖上，每一個白色的點代表一個活性單原子铑位點）。

該催化劑在通過烯烴的氫胺甲基化合成功能有機胺的反應中呈現良好的反應性能，反應産率高達90%、直鍊胺選擇性高達99%，對于不同的原料烯烴和原料胺展均現出良好的底物普适性，并且在聚合物催化劑的重複使用過程中沒有發現活性金屬铑的流失。

和目前已報道的多相铑基催化劑相比，該聚合物催化劑展示出更加優異的活性和區域選擇性。

為什麼該聚合物催化劑具有優異的區域選擇性呢？

主要有以下兩點原因：

一是聚合物催化劑内擁有多級孔道結構（不同尺寸的介孔通道），能将活性金屬铑包埋在孔道内部，有利于通過孔道的空間限域來提升産物直鍊胺、降低産物支鍊胺的生成速率，從而提高反應的區域選擇性。

二是聚合物催化劑中的雙齒膦配體DPMphos能夠和活性金屬铑形成有益配位構型，這也促進了區域選擇性的提升。

總之，聚合物催化劑中多級孔道的空間限域和雙齒膦配體的配位作用協同促進了氫胺甲基化反應區域選擇性的提升。

該聚合物催化劑雖然具有諸多優點，但仍處于實驗室研究階段，距離工業應用還非常遙遠，且催化劑本身也存在一些不足，比如，催化劑制備成本高等。

但是，該聚合物催化劑的開發能在一定程度促進有機胺合成領域的發展，為設計更高效、實用性更強的合成有機胺的催化劑提供啟發。

監制：中國科普博覽

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(責編：邢鄭、楊鴻光)

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