進(jìn)入工業(yè)時(shí)代以來，人類生產(chǎn)生活所需的能源大多通過燃燒化石燃料煤、石油和天然氣等途徑獲得，這一過程造成了空氣中二氧化碳（CO2）的濃度急劇上升。因此，將CO2作為C1基礎(chǔ)材料轉(zhuǎn)化用于制備有價(jià)值的化學(xué)品，近年來越來越受到化學(xué)家們的重視。例如，可以通過胺對(duì)CO2進(jìn)行官能化以生成脲和氨基甲酸酯，這一“水平利用”方式中碳原子保持在+4價(jià)氧化態(tài)；另一方面，CO2亦可以被轉(zhuǎn)化為甲酸、甲醛、甲醇和甲烷，該過程需要還原碳原子并消除一個(gè)或兩個(gè)氧原子，換稱為“垂直縮減”。另外，Cantat等人也報(bào)道了水平利用和垂直縮減相結(jié)合的一系列“對(duì)角反應(yīng)”，用于構(gòu)建C–E鍵（E=N，O，S等），以制備更多有價(jià)值的化合物。
在還原劑存在下，使用CO2和胺通過2e-還原過程進(jìn)行N-甲酰化生成甲酰胺，被分類為CO2的“對(duì)角反應(yīng)”。甲酰胺被廣泛用作溶劑和藥物成分，例如，N,N-二甲基甲酰胺（DMF）是有機(jī)合成中常見的極性溶劑，其傳統(tǒng)合成方法需要使用有毒的一氧化碳（CO）和二甲胺。盡管使用H2作為還原劑來促進(jìn)CO2和胺反應(yīng)取得了一定程度的進(jìn)展，但是高溫和貴金屬催化劑的使用限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。近年來，使用氫硅烷作為還原劑可使胺與CO2的N-甲?；鄬?duì)平穩(wěn)，而胺與CO2的N-甲基化也可以在三當(dāng)量的氫硅烷作用下完成6e- 還原，生成所需的甲基化胺。在最近發(fā)表的一些關(guān)于胺與CO2的N-甲?；?em>N-甲基化的綜述中，將氫硅烷存在下的催化作用分為四類：（i）金屬催化作用；（ii）有機(jī)催化；（iii）非均相和固體催化；（iv）無溶劑促進(jìn)的無催化劑條件。綜合這些研究，有三個(gè)問題顯而易見：首先，N-甲?；?em>N-甲基化反應(yīng)需要不同的催化劑，并且在兩種方法中單一催化劑的應(yīng)用受到限制。胺的選擇性2e-、4e-和6e- CO2還原過程很少產(chǎn)生甲酰胺、縮醛和N-甲基化胺。其次，合適的非貴金屬催化劑和有效配體仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。第三，酰胺與CO2的N-甲?；劝返南鄳?yīng)反應(yīng)更具挑戰(zhàn)性。盡管第一份關(guān)于伯酰胺與CO2和PhSiH3進(jìn)行N-甲?；膱?bào)告已于2018年發(fā)表，但仲酰胺作為底物時(shí)N-甲?；挠行Х椒ㄈ晕幢惶剿?。
在此背景下，日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院（AIST）和筑波大學(xué)的Jun-Chul Choi課題組近期報(bào)道了一種鋅催化劑作用下將胺與CO2轉(zhuǎn)化為氨基甲酸酯以及N-甲基化的新方法（Scheme 1）。其中CO2氫硅化得到甲烷通過甲硅烷基甲酸酯，雙(甲硅烷基)縮醛和甲氧基硅烷逐步實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)使用市售的Zn(OAc)2/1,10-菲羅啉作為催化體系，室溫下即可完成胺的選擇性N-甲?；?em>N-甲基化 。相關(guān)研究成果發(fā)表在Green Chem.上（DOI: 10.1039/d0gc02890h）。
（來源：Green Chem.）
經(jīng)過優(yōu)化，作者得到了最佳實(shí)驗(yàn)條件，具體操作步驟為：向10 mL鋼制高壓釜中加入Zn(OAc)2（0.02 mmol）、1,10-菲羅啉（0.06 mmol）、MeCN（3 mL）、N-甲基苯胺（1 mmol）和PhSiH3（1 mmol） , 然后將高壓釜緊密密封，該過程在手套箱中進(jìn)行。之后在室溫下將CO2填充至5 bar。反應(yīng)在25 °C下反應(yīng)4小時(shí)后，緩慢釋放CO2，真空除去溶劑，并用二氯甲烷稀釋，用水洗滌。最后用自動(dòng)快速色譜純化分離得到產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)中Zn(OAc)2/phen催化體系表現(xiàn)出高的熱穩(wěn)定性和催化效率?；谧罴逊磻?yīng)條件，作者成功將其放大至克級(jí)規(guī)模；進(jìn)一步地，只需將二氧化碳鼓泡到三頸燒瓶中，反應(yīng)也可獲得83％收率的1a（Fig. 1）。
（來源：Green Chem.）
作者接著討論了胺類化合物N-甲酰化的底物適用性（Scheme 2）。鹵素、甲氧基和烯基基團(tuán)在反應(yīng)體系中可以很好地耐受，芳基和烷基取代的二級(jí)胺也都可以以很高的收率獲得理想的產(chǎn)物。
（來源：Green Chem.）
對(duì)于一級(jí)胺，作者詳細(xì)探究了單甲?；碗p甲?；姆磻?yīng)。結(jié)果顯示，當(dāng)PhSiH3的量增加至2當(dāng)量時(shí)，苯胺和芐胺可分別以74%和97%的收率得到單甲?；a(chǎn)物；另一方面，雙甲?；膶?shí)現(xiàn)則需要4當(dāng)量PhSiH3的參與。為了顯示該方法的可擴(kuò)展性，作者分別拓展了部分一級(jí)胺底物，反應(yīng)效果良好（Scheme 4和5）。
（來源：Green Chem.）
（來源：Green Chem.）
不僅如此，作者通過使用4當(dāng)量的Ph2SiH2代替PhSiH3，實(shí)現(xiàn)了苯胺或脂肪胺的N-甲基化，且收率保持在63%以上（Scheme 6）。
（來源：Green Chem.）
值得注意的是，酰胺的pKa值比胺低，對(duì)親核試劑的反應(yīng)性較低。在本研究中，作者順利實(shí)現(xiàn)了一級(jí)酰胺的N-甲酰化，并且通過將溶劑調(diào)整為甲苯，二級(jí)酰胺和氨基甲酸酯也可以有效地進(jìn)行轉(zhuǎn)化（Scheme 8-10）。
（來源：GreenChem.）
（來源：Green Chem.）
（來源：Green Chem.）
關(guān)于機(jī)理過程的探討：
根據(jù)之前的相關(guān)研究，作者認(rèn)為Zn(OAc)2/phen催化的CO2氫化硅烷化過程經(jīng)歷Zn(II)、OAc-配體和H-Si基團(tuán)組成的六元中間體（Scheme 11A）。Zn(II)作為一種Lewis酸，通過親電活化與H–Si鍵結(jié)合，而OAc-中存在的羰基氧原子具有Lewis堿性質(zhì)，因此可以與Si相互作用。此外，Zn(OAc)2還可以活化胺的N-H鍵（Scheme 11B）。由于抗衡陰離子通過氫鍵可以促進(jìn)N-H鍵質(zhì)子的提取，選擇堿性抗衡陰離子（例如乙酸根或碳酸根）是實(shí)現(xiàn)CO2和硅酸酯將胺轉(zhuǎn)化為氨基甲酸酯的關(guān)鍵。而用于N-甲酰化反應(yīng)的合適催化劑必須同時(shí)激活Si-H和N-H鍵，這樣去質(zhì)子化的胺親核試劑攻擊甲硅烷基甲酸酯才得以產(chǎn)生N-甲?；陌纷鳛樽罱K產(chǎn)物（Scheme 11C）。在這一基礎(chǔ)上，作者總結(jié)了CO2與胺的對(duì)角轉(zhuǎn)化（Scheme 11D）。水平方向上的轉(zhuǎn)化描述了在氫硅烷的存在下二氧化碳的還原過程，從而生成基于C(II)，C(0)-，C(-II)-和C(-IV)-的產(chǎn)物；垂直角度上甲硅烷基甲酸酯和甲氧基硅烷與胺的官能化過程分別生成甲酰胺和甲基化胺。
（來源：Green Chem.）
總之，作者報(bào)道了一種Zn(OAc)2/phen催化作用下，使用CO2作為C1源實(shí)現(xiàn)胺與酰胺的N-甲?；?em>N-甲基化新方法。該催化體系的周轉(zhuǎn)數(shù)可以達(dá)到385000。對(duì)于伯胺的N-甲?；ㄟ^改變PhSiH3和胺的投料比，實(shí)現(xiàn)了選擇性的單N-和雙N-甲?；^程。此外，作者還成功地使用CO2和PhSiH3激活了用于N-甲?；磻?yīng)的酰胺，并且首次實(shí)現(xiàn)了仲酰胺和氨基甲酸酯的N-甲?；?。對(duì)于反應(yīng)過程的實(shí)現(xiàn)，作者認(rèn)為催化劑上存在的堿性抗衡陰離子（OAc-）起著兩個(gè)關(guān)鍵作用，即對(duì)硅烷中Si-H鍵的活化和胺N-H鍵的活化。
