在温和条件下钌催化的原酰胺选择性与通用加氢反应，将原酰胺转化为原胺

把顽固键变成有用的构建模块

化学家依赖胺类——这些含氮的小分子——来制造从药物和农业化学品到染料和塑料等各种产品。大量尚未充分开发的潜在胺就锁在酰胺中，这些坚固的化学键也是蛋白质的连接方式。本研究引入了一种新的温和方法，能够将多种原酰胺“解锁”，利用氢气将其转化为有价值的原胺，提供了一条更清洁、更通用的途径，适用于许多日用与高科技产品的合成。

为何断开酰胺如此困难

酰胺是有机化学中最为稳健的键之一，这也是自然用其构建蛋白质、工业用其制造耐用材料的原因。然而，这种强度也使得酰胺极难被改造。将酰胺转化为胺看似简单——去除氧并加氢——但在实际反应中常会走入许多副反应路径，导致分子断裂或产生不希望的重组。现有方法通常仅适用于有限类型的酰胺、需要非常高的温度和压力，或产生难以分离的混合产物。

为氢反应提供的新帮手

作者们通过设计一种基于金属钌并配以定制三臂膦配体、带有甲氧基取代的配体（Triphos(p‑anisole)）的分子催化剂来解决这一长期问题。该催化剂可由廉价组分原位形成，能够活化氢气并将活性引导至酰胺内部的目标键。关键在于，针对这一困难反应体系所采用的条件相对温和——约115 °C、10 bar 氢压，并辅以适量氨和强氢键溶剂。上述组合使催化剂能够断开酰胺中的坚固碳—氧键，同时保持定义所需胺的脆弱碳—氮键不被破坏。

从简单分子到药物与材料

利用该催化体系，研究团队系统地证明了多种原酰胺可被高产率地转化为对应的原胺。含芳环的酰胺（常见于药物分子）被转化为苄基胺，包括带卤素、醚及其他实用取代基的衍生物。含杂原子的芳香酰胺（环中含氮或氧）同样可得到在药物发现与配位化学中重要的杂环胺。该方法对直链与环状脂肪族酰胺也有效，使得诸如多巴胺、酪胺、苯乙胺和组胺等生物胺的合成成为可能——这些分子在体内作为神经递质和信号分子发挥关键作用。

获得日常功能分子的新时代

除小分子生物活性化合物外，该催化剂还能将来源于天然油脂的脂肪酰胺转化为长链脂肪胺。这类化合物是现代生活的实用分子，用作表面活性剂、衣物柔软剂、缓蚀剂以及沥青等材料添加剂。与现行以腈类为起始物的工业路线相比，这一新方法提供了互补的替代方案，有望更灵活地利用植物油等可再生原料。研究者还显示，催化剂对二级与三级酰胺表现出不同反应性，偏好原酰胺，突显了其选择性。

催化剂如何引导反应

为理解体系机理，作者将细致的产物分析与高压核磁共振实验结合起来。他们提出钌配合物首先形成二氢化物物种，将氢加到酰胺上，生成不稳定的“半缩醛/半缩胺”（hemiaminal）中间体。此后可走两条主要路径：一是脱水得到亚胺，再被还原成胺；二是断裂短暂生成醇，醇再被转化回亚胺并最终还原为胺。氨在其中扮演微妙但关键的角色——它能将反应平衡从不期望的偶联产物方向移开，促进醇向亚胺的转化，并稳定催化剂的一个休眠态，该休眠态可被氢重新活化。

迈向更绿色的化学制造

在实践层面，这项工作提供了一种通用且选择性的工具，利用氢气（一种清洁的还原剂，其唯一副产物为水）将稳固的酰胺转化为多用途的原胺。与既有方法相比，该钌–Triphos(p‑anisole)催化剂在明显温和的条件下运行并能耐受多种分子结构，为基于丰富酰胺前体的药物、特种化学品、高分子以及脂肪胺类材料的可持续合成开辟了新途径。

引用: Kuloor, C., Goyal, V., Ma, Z. et al. General and selective ruthenium-catalyzed hydrogenation of primary amides to primary amines under mild conditions. Nat Commun 17, 3525 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69794-2

关键词: 酰胺加氢, 钌催化, 原胺, 绿色化学, 脂肪胺