非平衡等离子体激励氮气和液态苯碳氮偶联直接合成芳香胺

  当前,以氮气作为氮源直接高效合成含氮有机物,仍然是化学领域的一个挑战。苯胺和二苯胺等芳香胺是一类重要的含氮化学品,其工业制备涉及高温高压的多步骤路线,所用氮源依赖于哈伯工艺合成氨,相关整个工业链条存在高能耗、污染排放以及装置成本较高等问题。直接利用氮气对苯分子胺化,将提高原子经济性并降低碳排放。

  近日,我院田永辉教授采用介质阻挡放电(DBD)等离子体,在常温常压下实现了从氮气和苯直接到苯胺或二苯胺的高效快速转化。在前期对氮等离子体/气态苯及其衍生物的反应动力学研究基础之上,提出了氮气等离子体-液态苯相互作用的胺化反应策略。利用大气压DBD等离子体的非平衡特性有效激发活化氮气分子,同时气液反应结构使等离子体反应以相对温和可控的方式进行,提高胺化效率和选择性。在优化的等离子体放电条件下,总胺化产率可达到将近45%。通过发射光谱、电学和质谱分析,初步提出了氮分子亚稳激发态和氮分子正离子参与的两种反应通道。

  本工作中基于等离子体的胺化反应不涉及过渡金属和有机溶剂的使用,而且反应快速、装置简单、即开即关、易于和间歇性清洁电力整合,因此是一种潜在的高效、绿色、零碳排放的电气化芳胺合成路线。

  相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition (https://doi.org/10.1002/anie.202203680),硕士研究生许霞为文章第一作者,田永辉教授与段忆翔教授为通讯作者。