咖啡因碳载可回收钴催化氨甲酸酯选择性还原胺甲酰化反应研究

研究人员针对羰基化合物还原胺甲酰化(RAF)反应的选择性难题，开发了一种基于生物废弃咖啡因碳载的可回收钴催化体系。该体系以甲酸铵为N1、C1和氢源，实现了多种羰基化合物的高效N-甲酰化，催化剂可循环使用7次且活性稳定，为绿色合成药物中间体提供了新策略。

　　

随着全球每年产生约600万吨废弃咖啡渣(SCG)造成的环境压力日益加剧，如何实现生物质废料的高值化利用成为可持续发展的重要课题。与此同时，制药和精细化工行业对甲酰胺类化合物的需求持续增长，但传统合成方法存在成本高、污染大、选择性差等问题。特别是羰基化合物还原胺甲酰化(Reductive Amino Formylation, RAF)反应中，如何选择性获得易水解的N-甲酰化产物而非伯胺成为关键挑战。印度理工学院坎普尔分校的研究人员在《Journal of Catalysis》发表研究，创新性地利用SCG衍生的氮掺杂多孔碳(咖啡因碳)作为载体，构建了可循环使用的钴基多相催化体系，实现了以甲酸铵为唯一试剂的温和条件RAF反应。

研究团队主要采用X射线吸收光谱(XAS)表征催化剂活性位点，通过调节Co-N_x位点和氮含量优化催化体系，并开展克级规模合成验证实用性。动力学实验揭示了甲酸铵作为N1、C1和氢源的多重作用机制。

在"Results and discussions"部分，研究发现咖啡因碳载体中的氮掺杂特性显著提升了钴活性中心的电子密度，使甲酸铵脱氢效率提高3.2倍。催化剂在苯乙酮衍生物的RAF反应中表现出92%的平均收率，且对含生物活性基团(如吲哚、噻吩)的底物具有优异兼容性。"Conclusion"部分指出，该工作首次实现了仅用甲酸铵完成醛/酮的RAF反应，解决了产物选择性控制难题，7次循环后催化剂活性仍保持初始的95%。

这项研究的重要意义在于：一是开创了生物质碳载体在精细化学品合成中的新应用，二是建立了首个无需外加CO₂/H₂的温和条件RAF体系，三是为药物中间体的绿色合成提供了普适性方案。作者Sabuj Kundu团队特别强调，该催化系统对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的"负责任的消费与生产"具有示范意义。后续研究可进一步拓展至α,β-不饱和羰基化合物的不对称RAF反应。