on style="font-size: 14px; white-space: normal;">作者：Xingchao Dai, and Feng Shi *等
单位：Lanzhou Institute of Chemical Physics
原文链接：https://doi.org/10.1039/C8OB03091J
背景介绍
N-烷基胺是一类重要的精细化工中间体，广泛应用于染料、药物、农药、表面活性剂、橡胶助剂等的合成并且需求量大。到目前为止，已经发展了许多的N-烷基胺类化合物的合成方法，例如Hofmann 烷基化、Buchwald-Hartwig 反应、Ullmann 偶联反应、烯烃的氢胺化反应、烯烃氢胺甲基化反应、还原胺化反应、胺醇烷基化反应等。相比较而言，胺醇烷基化的方法由于使用廉价的醇作为原料且反应的唯一副产物是水，更加符合原子经济和绿色化学的要求。催化机理本质上都是亲核取代(SN2 and SN1)，或者是借氢机理（BH）。一般来说亲核取代类型的醇胺反应需要Π电子活泼的醇类，比如：苄醇。非活化的醇一般可以通过应用借氢机理（BH）完成取代。醇在催化剂作用下先脱氢生成相应的醛或酮。醛或者酮再与伯胺缩合、脱水生成亚胺。最后，亚胺经催化加氢生成相应的仲胺或叔胺。多相镍进行催化醇胺化反应时，通过控制Ni颗粒的大小和存在形式可以使其反应产率达到80%左右。除了简单的镍以外，负载型催化剂也表现出优异的性能。原位还原NiO/θ-Al2O3的方法制备了Ni /θ-Al2O3催化剂，在无任何添加剂的条件下，各种底物都能够很好地反应，目标产物产率为74%-99%。DFT 计算表明催化反应过程中，在化学吸附的H-供体分子可以强烈改变醇和胺中的—{attr}3115{/attr} 和—NH 键断裂的情况下，催化剂表面的吸附氨可以改变决速中间体和过渡态从而影响总体活性。图1 Ni/Al2O3催化各种醇与NH3的胺化反应双金属催化剂由于其具有协同催化活化的优势，也被应用于胺醇烷基化反应。以共沉淀法制备的NiCuFeOx为催化剂，用于氨气或胺与醇的N-烷基化，在不加有机配体和碱的情况下，该方法能够以中等至优异的产率合成各种不同结构的N-烷基胺，而且该催化剂还能够实现富有挑战性的氨气和醇制备伯胺的反应。此外，该催化剂具有磁性使其易于与反应混合物分离，并且可以回收并重复使用5 次没有明显的失活。Cu 催化剂对2-氨基乙醇反应合成吡嗪的催化性能。在300 ℃反应的产率仅仅只有6%，并且随着反应的进行，Cu 催化剂迅速失活。CuO、Cr2O3和SiO2组成的负载型催化剂上脂肪族伯醇与二甲胺的烷基化反应。在220-235 ℃下反应时，目标产物的产率可高达95% 。图4 二甲胺与脂肪醇CuO-Cr2O3-SiO2催化的N-烷基化反应钯黑催化的苄醇或烯丙醇与正己胺的N-烷基化反应在110 ℃反应，能够以98%的收率得到N-正己基苄胺。此外，该催化体系也能够用于N-取代吡咯的合成。一些其他的负载钯催化剂，例如Pd /C、Pd ( OH)2 /C、Pd /K-OMS-2 分子筛催化剂也应用于胺和醇N-烷基化反应。在单一负载钯催化剂基础上引入第二组分能够显著提高其催化活性不同金属( PdxMy /Al2O3，其中M = Bi，Cu，Fe，Ga，In，Pb，Sn 或Zn)作为第二组分对醇胺化反应的催化性能具有影响。研究结果表明：单一金属Pd 上，胺的吸附和活化优于醇的吸附和活化。然而，这种趋势在PdZn 双金属上反转，醇优先吸附和活化，因此实现选择性N-烷基化。并且PdZn /Al2O3催化剂在不同结构的胺和醇的反应中展现出了较高的催化活性、选择性和底物普适性。例如正辛醇和仲胺反应制备叔胺的转化率为92%，选择性大于99% 。图6 PdZn /Al2O3催化正辛醇和仲胺进行N-烷基化Pt /TiO2可以进行光催化胺与醇的N-烷基化反应。在室温条件下，哌啶和甲醇反应能够以93. 4%的收率获得N-甲基哌啶。在不需要碱和其他添加剂的情况下，Co2Ｒh2 /C催化的醇与胺的单-N-烷基化反应和双-N-烷基化反应中，各种底物都能够很顺利反应，并且以较高的收率得到目标产物。此外，该反应可以将光学纯的1-苯乙基-1-胺转化为相应的仲胺，收率为84%-87%，对映体选择性大94%。以MnO2为催化剂，聚合物负载的氰基硼氢化物(PSCBH) 为还原剂的醇胺化反应。例如，二丁胺与苯甲醇反应合成叔胺的产率高达80%。Fe3O4催化的芳香胺与苄醇单烷基化反应。例如以叔丁醇钾为碱，4-吡啶胺和2-嘧啶胺与苯甲醇反应的产率都高达99%。图10 Fe3O4催化的苯甲醇与芳香杂环胺的N-烷基化Au /ZrO2对该反应是一个高效的催化剂，其中苯胺的转化率86%，仲胺的选择性高达94%，将Au /ZrO2催化剂应用于桃金娘烯醇与苯胺的烷基化反应。图11 Au /ZrO2催化桃金娘烯醇与苯胺的N-烷基化Ｒu /Fe3O4催化的苄醇和磺酰胺的N-烷基化反应中，不同结构的磺酰胺包括杂环的磺酰胺都能够很好地反应，目标产物的收率都大于80%。亚纳米尺寸的Ag /Al2O3催化的苯甲醇与苯胺的N-烷基化反应。以路易斯酸FeCl3·6H2O 为助剂，其产率高达94%。研究表明苯胺选择性N-烷基化所需的四个重要因素分别是:(1) 具有弱金属-氢键能的金属(即Ag);(2)较小尺寸的银簇;(3)具有酸性和碱性位点的载体(即Al2O3);(4) 具有高Lewis 的添加剂酸度(即FeⅢ盐)。图13 Ag /Al2O3催化的苯甲醇与苯胺的N-烷基化非金属多相催化剂也可以应用于醇胺化反应。具有活性结构明确的碳基催化剂，应用于醇与胺类的N-烷基化的反应。该工作具有催化剂制备简单，底物普适性好，产物收率高等优点。在胺醇烷基化多相催化催化体系中已经涵盖贵金属、非贵金属、以及非金属体系；底物范围涵盖了各种不同结构的芳香族胺、脂肪族胺、磺酰胺、亚磺酰胺、氨气以及伯醇、仲醇以及生物质醇。甚至在不加碱和配体的条件下，部分结构的底物也能够很好地反应。总体来看，多相催化的醇胺化反应已经成为N-烷基化胺清洁、高效合成的有效手段。虽然取得了以上的进展，但是还存在一些问题亟待解决：<li>部分大宗的化工原料的N-烷基化反应还没有很好地实现以满足工业生产的需要。例如，作为一类基础的大宗化工产品，尿素及其衍生物的烷基化研究值得关注，但是迄今该类反应仍然没有得到很好的实现。另外，由多元醇胺化制备多元胺如乙二胺、丁二胺和己二胺等重要基础化工原料仍然缺乏高效的催化体系。- 目前已有的高效反应催化体系往往涉及贵金属、助剂、添加剂等昂贵或复杂催化体系的使用，如何创制高效、经济、绿色的多相催化剂，实现温和条件下醇胺化反应仍将是本领域需要长期关注的问题。
- 针对生物质醇催化转化，如何构建合适的催化体系，实现其选择性转化为高附加值的胺类精细化学品也是该领域值得关注的一个方向。
- 通过表征技术揭示催化剂制备方法、活性结构和醇胺化性能之间的基本关系，将有助于指导设计出高性能催化剂，满足工业生产的应用。
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