北京大學(xué)席振峰教授課題組一直致力于實(shí)現(xiàn)溫和條件下直接從氮?dú)飧咝Ш铣珊袡C(jī)化合物，他們與中科院大連化物所陳萍研究員課題組跨領(lǐng)域合作，直接從氮?dú)獬霭l(fā)合成了含氮有機(jī)化合物——碳二亞胺和嘧啶。相關(guān)研究成果發(fā)表在 National Science Review 上。本文將簡(jiǎn)要介紹研究背景和結(jié)果[1]。
研究背景
氮?dú)獾幕罨c轉(zhuǎn)化是現(xiàn)代化學(xué)領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)的課題之一。含氮有機(jī)化合物是構(gòu)成生命及物質(zhì)世界的重要基礎(chǔ)，絕大多數(shù)醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥等都是含有氮的分子；生命體系中絕大部分活性物質(zhì)，比如DNA、RNA、蛋白質(zhì)分子等也都含有氮。工業(yè)合成氨（Haber-Bosch process）是人類化學(xué)化工實(shí)現(xiàn)氮?dú)庵苯愚D(zhuǎn)化的最成功途徑，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和文明的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前幾乎所有人工合成的含氮有機(jī)化合物都是以氨為基礎(chǔ)原料制備的。不經(jīng)過氨，從氮?dú)獬霭l(fā)直接、溫和、高效地合成含氮化合物是科研工作者們長(zhǎng)期以來不懈追求的目標(biāo)，然而至今為止，相關(guān)報(bào)道屈指可數(shù)。
研究亮點(diǎn)與意義
本文提出了多相/均相交叉融合策略合成含氮有機(jī)物，即首先通過多相過程將氮?dú)夥肿愚D(zhuǎn)變?yōu)榛顫姷暮锓N（N*）；然后通過后續(xù)均相反應(yīng)，將活潑含氮物種用于構(gòu)建復(fù)雜的含氮有機(jī)化合物。
從氮?dú)獬霭l(fā)構(gòu)筑C-N鍵，通常需要先還原氮?dú)?，然后再將其與親電試劑反應(yīng)。然而在大多數(shù)情況下，用于活化氮?dú)獾膹?qiáng)還原劑與親電試劑是不兼容的。在本文中，作者另辟蹊徑，以單質(zhì)碳 (膨脹石墨) 為碳源，通過引入氫化鋰 (LiH) 來介導(dǎo)C-N鍵構(gòu)筑，最終利用一鍋法高效地合成了Li2CN2中間體。后續(xù)通過均相反應(yīng)，進(jìn)一步將Li2CN2轉(zhuǎn)化為高附加值的有機(jī)合成子碳二亞胺以及RNA/DNA 結(jié)構(gòu)單元胸腺嘧啶和胞嘧啶。更有意義的是，以15N2 為原料可合成相應(yīng)的15N 標(biāo)記的碳二亞胺和嘧啶。該項(xiàng)研究為合成含氮有機(jī)化合物提供了新思路。
參考文獻(xiàn)
[1] Synthesis of Pyrimidines from Dinitrogen and Carbon. Natl. Sci. Rev. 2022, DOI: 10.1093/nsr/nwac168