近日，天津大学理学院张兵教授在电催化烷基N−O键氢解方面取得最新研究成果，发表在国际著名学术期刊Nature Chemistry（《自然·化学》）上。论文题目为“Strong dipole-promoted N–O bond hydrogenolysis enables ampere-level electrosynthesis of methylamine（强偶极促进N‒O键氢解实现甲胺安培级电合成）”。该论文被Nature Chemistry选为封面文章，并被Lutz Ackermann教授在Nature Chemistry进行专文解读。

烷基胺是药物、材料及农用化学品制造的关键原料。甲胺作为基础烷基胺，目前工业主要采用甲醇氨化法生产，但需要在高温高压进行，且产物为比例相当的甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，分离纯化困难。氘代甲胺作为氘代药的重要砌块，其绿色合成是合成化学领域的重要挑战之一。以水/重水为氢/氘源的硝基甲烷电催化还原虽可在常温常压下实现甲胺/氘代甲胺的合成，但N−甲基羟胺中间体中N−O键极化程度低、键能高，导致其氢解效率低，甲胺选择性不足10%，成为限制其高效电合成的关键问题。

针对这一难题，张兵教授团队采用电还原氧化铜前驱体的方法制备了低配位铜电催化剂，通过低配位铜诱导N−甲基羟胺中间体产生强偶极，促进了N−O键氢解，在室温和安培级电流密度下实现了甲胺的高效电合成。理论计算和实验表明，该催化剂可使N−甲基羟胺在较正的电位下以近似平躺的方式吸附在催化剂表面，降低了N−O键氢解的能垒，使其最优还原电位降低了450 mV，在较宽的电位范围内，甲胺选择性达到99%，法拉第效率均大于95%。

在最佳反应体系下，采用1.0 A cm⁻²电流密度，30 h内可实现1500 mmol和67%法拉第效率的甲胺电合成，通过蒸馏→盐析→过滤等简单步骤，建立了甲胺盐酸盐及市售甲胺水溶液和乙醇溶液的全合成操作路线。该技术以廉价重水为氘源实现了氘代甲胺的克级制备，并进一步用于制备多纳非尼等氘代药物。同时，通过一锅氘代反应策略实现了治疗阿兹海默症药AR-1001-d₅的高效合成，反应时间比传统分步法合成路线降低了5倍，总收率提高了63%。不仅如此，该反应体系还可拓展至25种脂肪族硝基化合物、环状羟胺及手性羟胺的高效氢解。该研究为烷基N−O键氢解提供了高效、可持续的绿色合成新途径。

论文信息：

Rui Li, Rong Yang, Qian Li, Mengmei Qin, Meng He, Cuibo Liu, Bin Zhang*. Strong dipole-promoted N–O bond hydrogenolysis enables ampere-level electrosynthesis of methylamine. Nature Chemistry 2025, 17(8), 115−1160. (Cover)

https://doi.org/10.1038/s41557-025-01864-2

理学院博士生李瑞、杨荣和硕士生李倩为该论文共同一作，张兵教授为通讯作者，天津大学为唯一作者单位。

Highlighted by Lutz Ackermann et al. Expedient Access to Methylamine with Potential. Nature Chemistry 2025, 17(8), 1144–1145.

https://doi.org/10.1038/s41557-025-01877-x