《Journal of Catalysis》：Multifunctional Cu/Nb2O5 catalyst enabling atom-efficient tandem synthesis of secondary amines from alcohol and nitrobenzene
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康洋|秦家恒|高旭东|李彤|宋杰|王丹丹|韩玉辉|余龙中国甘肃省化学催化工程实验室，天然产物化学国家重点实验室，兰州大学化学与化学工程学院，兰州730000摘要从硝基化合物和醇直接合成仲胺的一锅法非常理想，但仍然受到过量醇和添加剂需求的限制。在这项工作中，我们报道了一种多功能Cu
康洋|秦家恒|高旭东|李彤|宋杰|王丹丹|韩玉辉|余龙
中国甘肃省化学催化工程实验室，天然产物化学国家重点实验室，兰州大学化学与化学工程学院，兰州730000
摘要
从硝基化合物和醇直接合成仲胺的一锅法非常理想，但仍然受到过量醇和添加剂需求的限制。在这项工作中，我们报道了一种多功能Cu/Nb?O?催化剂的简单制备方法，该催化剂能有效催化硝基还原、醇脱氢、醛-胺偶联和亚胺氢化反应。相比之下，其他金属负载的Nb?O?催化剂无法满足这些要求。机理研究表明，Nb?O?上丰富的酸性位点促进了羟基的吸附和苯甲醇的脱氢，而引入的Cu物种则协同促进了硝基和亚胺中间体的氢化。此外，该催化剂表现出优异的可回收性、广泛的底物适用范围以及在扩大反应中的良好可扩展性。本研究提出了一种在等摩尔条件下从硝基化合物和醇绿色合成仲胺的新催化策略。
引言
仲胺是一类重要的精细化学品，N-苯基苯胺经常被用作仲胺合成研究的模型化合物[1]、[2]、[3]、[4]。传统方法包括醇-胺缩合[5]、[6]、[7]、醛-胺缩合[8]、[9]以及胺与卤代烷基化合物的直接烷基化（方案1）[10]、[11]，但这些方法需要苛刻的反应条件，并且选择性较差，导致分离和纯化过程复杂。这些限制阻碍了它们在大规模生产中的应用。相比之下，最近开发的一锅法合成仲胺的方法具有显著优势[12]。通过直接将硝基化合物与醇偶联，这种方法大大简化了反应过程，消除了繁琐的中间步骤，提高了原子经济性，使其成为仲胺合成的有前景的替代方案。
目前，已经开发了许多用于合成仲胺的催化体系[13]、[14]、[15]。特别是非均相催化体系因其相对于均相催化体系的优点而受到广泛关注，包括易于分离、高稳定性和适用于工业应用[16]、[17]。贵金属如Pd[18]、Ru[19]、Pt[20]、Ag[21]和Au[22]已被用于仲胺合成，但它们的高成本和对过量醇的需求仍然是主要缺点。非贵金属催化剂如NiCo-MgO/C[23]、Co SA/NC[24]等也被报道用于硝基苯（NB）与苯甲醇（BA）的偶联[25]、[26]、[27]、[28]，但它们同样存在过量消耗醇的问题。这些问题共同凸显了优化现有催化体系的迫切需求。
为了实现从NB和BA高效等摩尔合成仲胺，催化剂必须具备多种功能，包括硝基还原、醇脱氢、通过醛-胺偶联形成亚胺以及亚胺氢化。一般来说，金属元素在氢化和脱氢过程中都表现出活性[29]、[30]、[31]，金属氧化物也显示出这种双功能催化行为[32]、[33]、[34]。因此，我们设想将金属物种与金属氧化物结合，以整合氢化和脱氢能力，从而促进从NB和BA合成仲胺。
在这项研究中，通过筛选一系列金属和金属氧化物，我们成功开发了一种由五氧化二铌负载的铜（Cu/Nb?O?）组成的催化剂，用于将硝基化合物与醇偶联以生成仲胺。该催化剂有效解决了以往硝基苯-醇体系中需要大量过量醇的常见问题，实现了NB和BA的等摩尔转化。催化过程包括硝基苯氢化、苯甲醇脱氢、通过醛-胺偶联形成亚胺，以及随后的亚胺氢化，反应机理得到了系统的研究。Cu/Nb?O?丰富的酸性位点和强大的氢活化能力协同促进了仲胺的合成。此外，通过在同一系统中调节反应压力，可以实现亚胺或仲胺的选择性形成。这项工作为从硝基化合物和醇等摩尔合成仲胺提供了一种新的策略。
章节片段
材料
硝酸铜三水合物（Cu(NO?)?·3H?O，99%）、氢氧化钠（96%）、草酸铵一水合物（99.8%）购自大茂化学试剂厂。五氧化二铌（98%）、正辛烷（>99%）、硝基苯（≥99%）、苯甲醇（≥99%）及其他试剂均购自Macklin公司。实验中使用的水为去离子水，所有试剂无需进一步纯化。
催化剂制备
Nb?O?采用水热法制备。9.6克五氧化二铌和0.36克...
催化性能
在这项工作中，使用NB和BA作为模型底物，开发了一种高效的金属-金属氧化物催化剂，用于从硝基化合物和醇合成仲胺。通过筛选各种金属物种和金属氧化物载体（表1和表S1–S5），发现负载Cu的Nb?O?催化剂（Cu/Nb?O?）在仲胺形成方面最为有效。在NB和BA等摩尔条件下，实现了完全转化，仲胺产率高达95%
结论
在这项工作中，我们开发了一种高效的Cu/Nb?O?催化剂，用于在等摩尔条件下从硝基化合物和醇合成仲胺。该催化剂通过促进NB氢化、醇脱氢、亚胺形成和亚胺氢化等关键步骤，克服了长期以来对过量醇的需求这一挑战。Cu/Nb?O?的强酸性位点和氢活化能力之间的协同作用在推动整个反应过程中起着关键作用
CRediT作者贡献声明
康洋：撰写——原始草稿、方法学、实验研究、数据分析。秦家恒：指导、资源提供、数据分析。高旭东：资源提供、数据分析。李彤：指导、资源提供、数据分析。宋杰：方法学、实验研究。王丹丹：数据分析。韩玉辉：实验研究。余龙：撰写——审稿与编辑、指导、方法学、资金获取、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（22278199）、甘肃省自然科学基金（25JRRA635）、甘肃省教育厅：产业支持计划项目（2025CYZC-002）、兰州市科技计划项目（2025-2-46）、兰州市青年科技创新人才项目（2024-QN-72）以及中央高校基本科研业务费（lzujbky-2023-ct01）的支持。
