非对称脲类化合物可与蛋白形成多个稳定的氢键，含脲官能团的药物与靶点相互作用具有独特的生物活性，在药物发展和药物化学领域具有重要作用。

目前，工业上脲类化合物的合成主要采用光气法。由于连接在同一羰基位点的含氮片段不同，需要利用光气法分步将胺组装到羰基上。通过涉及CO与氯气反应生成剧毒光气，利用一种胺与光气发生反应，生成所需的异氰酸酯中间体/酰氯，异氰酸酯/酰氯与另一种胺后续反应生成非对称脲衍生物，反应中生成大量腐蚀性盐酸。利用催化的方法，胺氧化羰基化过程是生产脲的最直接路线，但当采用两种不同胺作为底物时，从反应性上很难区分，对称脲与非对称脲会同时生成，选择性难以调控。

如何基于不同胺物理化学性质的细微差异，让两种不同胺片段找准位置，连接在同一羰基位点，一步合成非对称脲是一个挑战性难题。中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用重点实验室何林研究员团队与武汉大学雷爱文教授团队合作，提出了同步胺识别的概念，在钴催化中心，当一级胺与二级胺共存时，仅有一级胺发生羰化生成酰基物种，表现出钴物种对一级胺的选择性识别；在铜催化中心，一级胺与二级胺与铜相互作用过程中，二级胺能够快速生成自由基物种，表现出铜物种对二级胺的倾向性识别。首创性利用上述识别效应，在胺氧化羰基化一个催化反应中融合亲核羰基化半反应与自由基生成转化半反应全新反应机制，获得了一步合成非对称脲的独特反应窗口。

 

光气法分步合成与催化羰基化合成非对称脲;同步识别策略一步合成非对称脲

全新的羰基化模式不仅适用于烷基胺，还适用于各种芳香胺和卤代胺。此外，NH3 也可发生催化羰化活化，与二级胺反应制备相应的非对称脲。分子内一级胺和二级胺也能发生分子内识别。团队近百个组合实例均产生了绝对优势的非对称产物，进一步证实了独特反应机制。在羰基源方面，可采用CO，也可从CO2出发，实现对光气法含氮羰基化合物合成的流程再造。

 

(A) 底物适用范围;(B)从CO2出发经由CO合成非对称脲的电热耦合过程;(C)小分子成药非光气路线合成

该成果以“Synchronous recognition of amines in oxidative carbonylation toward unsymmetric ureas”为题，发表在Science（2024，386,776–782）上。兰州化物所王锦辉博士为该论文第一作者，武汉大学高等研究院王盛淳博士后、山西大学分子科学研究所卫智虹讲师为论文共同第一作者，兰州化物所何林研究员和武汉大学雷爱文教授为共同通讯作者。兰州化物所为该项工作第一完成单位。

该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、甘肃省基础创新团队、甘肃省重大科技项目、武汉市科学基金和武汉大学科研公共服务平台和上海光源的支持。