“天下千万家，天下穷人皆大欢喜”，唐代诗人杜甫的一句千古名句，传唱至今。这首诗真实地表达了诗人的美好理想，希望天下所有的穷人都能过上安定的生活，表达了诗人关心民生的宽广胸怀和拯救世界的情怀。

有古人忧国忧民的思想感情，也有今人为实现国家富强而奉献青春和力量的理想抱负。

对于今天的化学家来说，他们经常使用或合成各种有机化合物，他们非常清楚这些化学物质的“气质”(有机化合物的结构、理化性质、毒性和功能应用等。).其中，化学家最感兴趣的有机化合物之一是有机胺。

什么是有机胺？

有机胺一般是指有机物与氨发生化学反应生成的有机胺化合物，分为脂肪胺、醇胺、酰胺、脂环胺、芳香胺、萘胺、其他胺七大类。根据氮上取代基的数量，有机胺还可以分为伯胺、仲胺和叔胺。

最简单和最广为人知的有机胺是尿素。又叫尿素，化学式为CH4N2O。它是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物，是一种白色晶体。

尿素作为一种中性肥料，适用于各种土壤和植物，是目前广泛使用的一种化学氮肥。

此外，有机胺还是一种重要的化工中间体，广泛应用于农药、医药、化妆品、生物活性天然产物和功能材料等精细化工产品的合成。

化学家对“胺”的追求

随着化学工业的发展，国内对有机胺的需求急剧增加。目前，全球有机胺产能已超过100万吨，而有机胺生产主要集中在发达国家，国内有机胺研究市场潜力巨大。

此外，有机胺化合物在人们的社会生产和生活健康中也起着重要的作用。

因此，许多化学家致力于开发一系列经济、高效、简洁和绿色的合成方法来制备有机胺化合物，创造人们在未来社会生产中可能需要的新的有机胺结构，并进一步实现有机胺化合物的工业规模合成和进一步的衍生应用。

合成和改造有机胺，为人们的衣食住行和生命健康提供便利和保障，从而为人类创造更美好的物质生活，增加人们的“胺”感和幸福感，是许多化学家的理想追求。

有机胺的合成与发展

说到有机胺的合成，就不得不提到尿素的合成。为什么？

因为尿素的合成不仅具有重大的工业意义，而且代表了有机化学的起源。

“有机化学”这个术语是由贝采里乌斯于1806年首先提出的。当时被命名为无机化学的对立面。19世纪初，许多化学家认为，生物体内所谓的“活力”所产生的有机化合物不可能是由无机化合物合成的。

1824年，德国化学家弗里德里希韦勒(Friedrich Weller)水解氰化物产生草酸，1828年，他无意中通过加热将氰酸铵转化为尿素。和铵氰化物是无机化合物，而草酸和尿素是有机化合物。于是，1828年，韦勒发表了论文《论尿素的人工制成》，这标志着有机化学的开始。

在现代工业中，氨和二氧化碳被用作生产尿素的原料。世界上第一个这样的工厂是由德国的法国公司于1922年在Oppau建成并投入运营的，它采用了热气混合物压缩循环。

除了最简单的有机胺——尿素，其他种类有机胺的工业规模合成也取得了一些进展。

目前，工业上有机胺化合物的制备方法主要有氨/胺与醇、卤代烷烃的烷基化，醛的还原胺化，腈的还原。但这些方法的原料都需要多步合成，操作步骤复杂，污染环境，反应条件苛刻，所需温度和压力高。

因此，无论是在科学生产还是工业生产中，都要求化学家开发和创造更高效、简洁、绿色、经济的有机胺合成路线，符合可持续发展的原则。

如何一步合成有机胺？

由于有必要开发更有效的有机胺合成路线，因此能够一步合成胺具有重要意义。

烯烃的氢胺甲基化反应就是这样一个典型的串联羰基化反应，可以将烯烃、合成气(一氧化碳和氢气)和原料胺一锅直接转化为更复杂的产物胺。

该反应的原子利用率高达100%，充分利用了工业中产生的有毒废气一氧化碳，减少了反应过程中固体废弃物对环境的危害，符合绿色化学的理念和可持续发展的要求。

在烯烃的氢胺甲基化反应中，催化剂的催化作用不可或缺，催化剂是几乎所有有机反应的关键核心。

目前均相催化剂(反应过程中会产生线性胺和支化胺)的反应效率和区域选择性在氢胺的甲基化反应中可以达到很好的效果，但存在铑、钌贵金属难以重复使用的问题。

虽然在两相催化过程中铑和钌贵金属流失的问题得到了一定程度的解决，但反应效率较低。多相催化剂虽然可以在一定程度上实现铑、钌贵金属的重复利用，但难以有效保证反应的活性和产物有机胺的区域选择性。

因此，如何设计和开发一种高效的甲胺反应多相催化剂，以获得优异的产率、区域选择性和催化剂的重复使用性，是该研究领域的一个难题。

近日，中科院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室多相融合催化研究组设计出一种新型高分子催化剂。

该聚合物催化剂是以双齿膦配体DPMphos和单齿膦配体p-3vPPh3为共聚单体，在聚合物制备过程中原位嵌入活性金属铑制备而成，命名为Rh@CPOL-DPMphosp-3vPPh3。

在高分子催化剂中，金属铑以单原子分散的形式存在(在高分子催化剂的球差电镜表征图上，每个白点代表一个活性单原子铑位点)。

该催化剂在烯烃的氢胺甲基化合成功能有机胺中表现出良好的反应性能，反应产率高达90%，线性胺选择性高达99%。该催化剂对不同的原料烯烃和原料胺具有良好的底物普适性，在聚合物催化剂的重复使用过程中没有发现活性金属铑的损失。

与已报道的非均相铑基催化剂相比，该聚合物催化剂表现出更优异的活性和区域选择性。

为什么这种高分子催化剂具有优异的区域选择性？

有两个主要原因：

第一，高分子催化剂具有多级孔结构(大小不一的介孔孔道)，可以将活性金属铑嵌入孔中，有利于通过孔的空间限制提高产物线性胺，降低产物支链胺的产率，从而：反应的区域选择性从010到31040。

其次，聚合物催化剂中的双齿膦配体DPMphos能与活性金属铑形成有益的配位构型，也促进了区域选择性的提高。

总之，多级通道的空间限制和聚合物催化剂中双齿膦配体的配位协同促进了氢胺甲基化的区域选择性。

虽然高分子催化剂有很多优点，但目前还处于实验室研究阶段，离工业化应用还很远，而且催化剂本身也有一些缺点，如制备成本高。

然而，这种高分子催化剂的开发可以在一定程度上促进有机胺合成领域的发展，并为设计更高效、更实用的有机胺合成催化剂提供启示。

监制：中国科普博览

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(编辑：邢峥、杨红光)

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