在具有各種各樣功能的醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料等中，八成以上都是含氮有機(jī)化合物（含有氮-碳化學(xué)鍵）；另一方面，氮氣占空氣成分的近八成，是最豐富的氮源，也是絕大部分含氮化合物中氮的唯一來源。但是氮氣分子極其穩(wěn)定，其活化和轉(zhuǎn)化極具挑戰(zhàn)性。

工業(yè)合成氨（NH3）是人類直接利用空氣中氮氣的最成功案例，而幾乎所有的人工合成含氮有機(jī)化合物都是以氨為基礎(chǔ)原料制備的。傳統(tǒng)的合成氨過程條件極其苛刻，還存在著許多重大科學(xué)和技術(shù)問題需要解決。因此，不經(jīng)過氨，直接從氮氣和合適的碳源出發(fā)，在溫和條件下高效合成含氮有機(jī)化合物具有重要意義，可能成為人類直接利用氮氣的又一個重要途徑。

如何利用空氣中豐富的氮氣資源，直接合成含氮有機(jī)化合物？（圖源pixabay）

從氮氣直接合成含氮有機(jī)化合物的研究挑戰(zhàn)巨大、進(jìn)展緩慢，但是在過去的半個多世紀(jì)里，一直有零零星星的報道和進(jìn)展。近日，北京大學(xué)席振峰院士負(fù)責(zé)的國家自然科學(xué)基金委員會“空氣主份轉(zhuǎn)化化學(xué)”基礎(chǔ)科學(xué)中心研究團(tuán)隊在《國家科學(xué)評論》（National Science Review, NSR）上發(fā)表綜述，全面總結(jié)了從氮氣直接合成含氮有機(jī)化合物的研究進(jìn)展，并提出了未來研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

文章指出，目前絕大多數(shù)從氮氣直接合成含氮有機(jī)化合物的研究均是通過金屬-氮氣配合物與含碳試劑反應(yīng)實現(xiàn)的。同時，光化學(xué)、電化學(xué)、表面催化等促進(jìn)或參與的研究方法在近些年也取得了重要進(jìn)展。

在文中，作者首先討論了不同配位模式（側(cè)基配位、端基配位、側(cè)基-端基配位等）的金屬-氮氣參與的氮-碳鍵形成的不同反應(yīng)模式，包括：烷基化、?；迦?、環(huán)加成等。

已知不同配位模式的金屬-氮氣配合物及其形成氮-碳鍵的反應(yīng)類型。

（√）表示有文獻(xiàn)報道，（X）表示還沒有文獻(xiàn)報道。

其次，作者指出，盡管目前部分從氮氣合成含氮有機(jī)化合物的反應(yīng)已經(jīng)可以完成合成循環(huán)，但相應(yīng)的催化過程尚未實現(xiàn)。

在綜述的最后，作者對該領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)和未來研究方向進(jìn)行了展望。作者認(rèn)為，金屬-氮氣配合物的新反應(yīng)模式、多金屬體系和主族金屬促進(jìn)的氮氣活化與轉(zhuǎn)化的新機(jī)制、光/電驅(qū)動的合成反應(yīng)及多相催化過程，以及不同方法的協(xié)同作用是該領(lǐng)域未來研究的重點。