告別劇毒光氣，科研人員找到綠色羰基合成新路徑_風聞

含氮羰基化合物（異氰酸酯及其衍生脲類化合物等）在新材料、醫藥、農藥等領域用途廣泛。目前，工業上主要採用光氣法制備含氮羰基化合物。然而，這一方法中不僅光氣有劇毒，還會副產大量腐蝕性的鹽酸。因此，擺脱光氣來生產含氮羰基化合物是綠色化學的一項重要目標。

中國科學院蘭州化學物理研究所何林團隊等避開劇毒光氣，以CO、CO2作為羰源，原創性地提出同步胺識別策略，破解了相似屬性胺不易區分的關鍵難題，成功實現了催化胺羰化合成非對稱脲。相關研究成果發表於《科學》。

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光氣法難以識別胺

作為重要的一類含氮羰基化合物，非對稱脲類化合物可以與蛋白形成多個穩定的氫鍵，含脲官能團的藥物與靶點相互作用具有獨特的生物活性，在藥物發展和藥物化學領域具有重要作用。

非對稱脲的結構中連接在同一羰基位點的含氮片段不同，在構築這樣獨特結構的過程中，如何精準識別具有微小差異的胺分子組合極具挑戰。

傳統的光氣法難以區分這一微小差異，採用分步組裝的辦法，可以在CO與氯氣反應生成光氣後利用一種胺與光氣發生反應，生成所需的異氰酸酯中間體/酰氯，再由異氰酸酯/酰氯與另一種胺後續反應生成非對稱脲。

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同步胺識別解難題

催化胺氧化羰化是生產脲的最直接路線，但採用兩種不同胺作為底物時，對稱脲與非對稱脲會同時生成，使得選擇性難以調控。

針對這一挑戰，科研人員提出了同步胺識別策略：利用位阻效應，實現鈷中心識別一級胺/氨氣發生親核羰化生成金屬-酰基；利用氧化還原性，實現銅中心識別二級胺優先發生電子轉移生成自由基。

由此，在胺催化羰化這一個轉化中融入親核羰化與自由基羰化兩種模式，確保羰基兩側精準引入兩種不同的胺片段，形成非對稱脲獨特反應窗口。

進一步研究發現，NH3也可以發生催化羰化活化，與二級胺反應制備相應的非對稱脲。一個分子含有一級胺與二級胺時也能發生分子內識別，從而形成環化的非對稱脲。近百個組合實例均產生了具有優勢的非對稱產物，進一步證實了在胺識別羰化這一過程中獨特的反應機制。

▲光氣法分步合成與催化羰基化合成非對稱脲；同步識別策略一步合成非對稱脲。

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全新羰化模式用途廣

這種全新的羰化模式不僅適用於烷基胺，還適用於各種芳香胺和滷代胺。研究團隊還開發了一種電熱催化耦合過程，利用電化學方法將CO2還原為CO，然後進行銅/鈷熱催化氧化羰基化反應，生成非對稱脲，化學選擇性高達93%。實驗表明，接力反應性能與直接採用CO路線相當。

利用非光氣路線的胺催化羰基化轉化，可完成一些小分子成藥的直接合成，比如用於治療精神分裂症和躁狂抑鬱症的藥物卡利拉嗪。無需光氣，便可從CO出發與相應的胺反應得到89%的目標產物。

▲從一氧化碳/二氧化碳出發合成非對稱脲；小分子成藥非光氣路線合成。

該研究為非對稱脲提供了更為綠色、安全的製備路線，為含氮羰基化合物的非光氣流程再造奠定科學基礎，也為藥物合成等工業領域創造全新機遇。