综述：重氮化合物的更环保的制备方法和反应性：从有害的化学工艺转向对环境更友好的方法

本文综述了2010至2025年间绿色化学合成二氮化物的最新进展，涵盖异相催化、生物催化及溶剂优化策略，强调高原子经济性、选择性及环境友好性，为可持续合成提供参考。

Marcus M. Sá

圣卡塔琳娜联邦大学化学系，弗洛里亚诺波利斯，SC 88040-900，巴西

摘要

迫切需要缓解由人类活动失控引起的环境问题。对更可持续工艺的不断增长的需求促使人们采用基于绿色化学原则的高效合成策略，这些策略必须简单、安全、高产且对环境友好。因此，本文综述了过去15年（2010年至2025年中期）在二氮化合物的绿色制备和合成应用方面取得的最显著成果。主要方法包括使用异相催化、生物催化和无催化剂协议，优先选择水和其他无害溶剂，以及寻找简单温和的反应条件，以获得结构多样性高、官能团耐受性强、产率和选择性高的目标化合物。

引言

随着我们进入21世纪的第二季度，迫切需要缓解全球环境问题，如气候变化、水污染和自然资源枯竭，这些问题主要是由人类活动失控造成的[1]。因此，对更可持续工艺的不断增长的需求促进了基于绿色化学原则的新颖高效合成策略的采用，这些策略不仅必须更简单、更安全、更高产，而且必须对环境友好[2]。 基于绿色化学范式的化学合成专注于开发尽可能使用可再生资源获得的安全试剂的方法，在温和条件下进行反应，通过简单的分离和纯化步骤，以实现目标产品的最大原子经济性、高化学产率和选择性，以及低（如果有的话）有害残留物和副产物的排放[3]、[4]、[5]。 虽然绿色化学的主要理念易于理解并得到广泛认可，但同时实现所有上述目标一直是一个复杂的挑战[6]。对于二氮化合物来说尤其如此，因为它们具有较高的反应性，并且与潜在的失控反应相关的安全风险众所周知。 二氮化合物作为合成构建块的多功能性在各种复杂分子结构的合成中得到了广泛认可，包括天然产物、药理活性物质和具有生物重要性的杂环化合物[7]、[8]、[9]、[10]。二氮化合物的反应性涵盖了多种催化和非催化过程[11]、[12]，例如环丙烷化、布赫纳反应（X = C、N、O、S…）、环加成、重排以及许多其他非传统转化，通常在温和的反应条件下进行，包括在生物环境中[13]、[14]、[15]。尽管二氮化合物的反应性非常广泛且有时难以预测，但可以根据起始二氮化合物的结构特征和取代模式以及不同的反应参数（如催化剂、配体、溶剂和温度）进行适当调节[16]、[17]、[18]。 然而，与二氮化合物相关的安全预防措施很多，特别是它们由于在热或冲击作用下会迅速释放氮气而可能变得具有爆炸性[19]。因此，二氮化合物的大规模合成应用长期以来一直是一个令人担忧的问题。除了这些安全问题外，大多数用于二氮化合物的制备和进一步反应的传统方法都依赖于对环境有害的协议[20]、[21]、[22]、[23]。这些缺点包括使用有毒或危险的化学物质和溶剂、不稳定的起始材料、昂贵的过渡金属和配体、不可回收的催化剂、高温以及低效率的步骤，这些都不符合绿色化学的原则。 然而，令人欣慰的是，过去几十年在开发更环保的二氮化合物制备方法及其合成应用方面取得了巨大进展[24]、[25]、[26]、[27]。实现这些目标的最有前景的方法之一是基于使用替代反应介质、无害化学物质和可持续催化的协议。这些创新的反应策略重新激发了对二氮化学的兴趣，并为在更环保的背景下探索其丰富的化学性质提供了机会。除了简单性和环保性之外，这些方法通常比传统方法更高效和更具选择性，使其成为现代合成化学中的首选[方案1]。 引入环保溶剂（如水溶剂和无溶剂系统）不仅在反应介质中，而且在分离和纯化阶段也是如此，这是绿色化学的主要进展之一，因为溶剂是工业过程中主要的废物来源[28]、[29]。基于催化的方法选择对于二氮化合物的绿色合成及其后续应用也至关重要，因为使用催化试剂比使用化学计量试剂更具吸引力。此外，催化剂应满足某些要求才能被视为真正的绿色催化剂：价格低廉、易于获得、来自可再生资源、易于回收和可重复使用。在涉及二氮化合物的不同催化反应中，使用异相催化[30]、[31]、铁基催化[32]、[33]、有机催化[34]、[35]和化学酶催化[24]、[36]、[37]的方法无疑是最受青睐的。 最后，用于进行化学合成的替代能源，如超声波[38]、球磨[39]、[40]和微波[10]辅助反应，以及基于流动化学[42]、[43]和光化学技术[44]、[45]的新合成策略，也丰富了涉及二氮化合物的更可持续协议的机会，通过改善对反应参数的控制，在更温和的条件下进行转化，提高产率和选择性。 尽管近几十年来发表了大量关于二氮化学的重要综述和文章（包括在《Tetrahedron》[46]、[47]、[48]和《Tetrahedron Letters》[50]、[51]、[52]、[53]中），但只有少数文章关注了二氮化合物的某些特定绿色方面[27]、[54]、[55]。因此，本文的主要目的是介绍过去15年（2010年至2025年中期）在二氮化合物的绿色制备和合成应用方面取得的最显著成果。为了避免与其他近期出版物中的信息重复，本文将不涵盖二氮化合物的环保环丙烷化策略，因为这一主题在最近的一篇综述中已经得到了很好的更新[55]。因此，仅偶尔会提到从二氮化合物合成环丙烷的内容。此外，涉及二氮化合物的光化学过程，包括可见光介导的转化，在许多近期的高影响力综述中已有深入讨论[26]、[56]、[57]、[58]、[59]，在这里不再详细讨论。为此，建议读者参考上述引用的相关出版物。

节选

二氮转移反应

1磺酰叠氮化物在碱催化下转移到1,3-二羰基化合物2（以及含有酸性亚甲基的类似物）的方法是在温和条件下获得多种α-二氮羰基化合物3的最有用方法之一[7]、[8]、[9]、[10]、[18]、[19]（方案2）。然而，在更传统的条件下存在一些问题，例如使用潜在的爆炸性磺酰叠氮化物，以及需要大量的碱和有机物质

X-H插入反应

二氮化合物已被广泛研究作为过渡金属催化的碳烯插入X-H键（X = C、N、O、Si、P、S、B等）的多功能前体[11]。这种强大的方法通常在温和条件下进行（包括使用水作为溶剂[13]、[108]），并且对许多官能团具有耐受性。所提出的机制涉及首先形成金属碳烯类物质（MC），然后进行

结论性意见

鉴于二氮化合物在有机合成中的重要作用，迫切需要开发更安全、更可靠的方法来制备它们。虽然过去二十年绿色化学及其对二氮化合物的好处得到了越来越多的认可，但在开发真正可持续的制备方法和后续合成应用方面仍有许多工作要做。 正如本文所介绍的，还有许多

利益冲突声明

作者声明他没有任何已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

特别感谢MESOLab的所有现任和前任学生及研究人员，他们为开发更环保和更可持续的有机合成方法做出了贡献。作者还感谢巴西政府机构CAPES（高等教育人员培训协调委员会）、CNPq（国家科学技术发展委员会）和FAPESC（圣卡塔琳娜州研究与发展基金会）提供的研究资助和奖学金。