稀土金属促进氮气直接合成含氮有机化合物

目前几乎所有人工合成的含氮有机化合物都需要经过工业合成氨（NH3）。而传统的工业合成氨过程(Haber-Bosch Process)条件极其苛刻。据推算年耗能占全球能耗的2%左右，需消耗约25%的化石资源，并且产生大量温室气体。因此，将氮气直接、高效、温和地转化为含氮有机化合物，而不经过NH3, 是解决以上问题的重要途径之一。但迄今相关文献报道很少, 催化反应体系还没有实现（见中文综述：从氮气直接合成含氮有机化合物，李嘉鹏 殷剑昊 俞超 张文雄 席振峰，化学学报 2017, 75, 733-743）。

最近，北京大学化学与分子工程学院席振峰/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（Scandium-Promoted Direct Conversion of Dinitrogen into Hydrazine Derivatives via N−C Bond Formation. Ze-Jie Lv, Zhe Huang, Wen-Xiong Zhang,* and Zhenfeng Xi,* J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 8773−8777）。

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。论文的第一作者为博士研究生吕泽杰。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。