有机氮化学制品在现代生活的许多方面都是必不可少的。在排名前200位的处方药物产品中，分子中至少有一个氮原子占80％以上，而所有排名前10位的农用化学品中都包含氮。目前，生产有机氮化学品的主流工业流程是从不可再生的化石资源开始的，但最终我们必须以更可持续的方式生产这些化学品。生物质是地球上最大的可再生碳资源，价格低廉，可广泛获得。将生物质融入有机氮化工供应链将减轻碳足迹，使产品流多样化，增强生物炼制的经济竞争力。通过利用生物质资源中固有的氧官能度，可以为含氧有机氮化合物的合成开辟一条捷径。此外，对于含氮的生物质成分，如甲壳素，一个独特的机会可以使有机氮化学物质绕过耗能的Haber–Bosch氨合成工艺。据估计，甲壳素在世界上的年产量为1000亿吨，其聚合物侧链上以酰胺官能团的形式吸收的氮比哈伯-博世工艺更多。

有鉴于此，新加坡国立大学颜宁教授等人，介绍了在生物质转化制备一系列高附加值有机含氮化学品方面的最新研究进展，提出了“木质纤维素/废弃油脂生物质整合氨制备含氮化学品”以及“天然甲壳素生物质制备含氮化学品”两种主要策略，系统地论述了针对不同生物质原料和目标产物的催化剂设计方法，探讨了催化剂结构与活性的关系并阐述了其反应路径和机理。

本文要点

1）通过定制设计的催化系统，可以直接或通过中间平台化合物从多种生物质原料中获得包括胺，氨基酸，腈和N-杂环在内的多种含氮产物。提出了生产有机氮化合物的两种策略。对于衍生自纤维素，半纤维素，木质素和脂质的，具有丰富的氧官能团（特别是羟基）的平台化学品，以NH₃为氮源催化羟基转化为含氮基团是需要开发的关键化学技术。沿着这一思路，研究人员开发了Ru-和Ni-基多相催化剂，通过热催化途径将醇转化为胺和/或腈，同时研究了CdS纳米材料在可见光照射下促进-OH向-NH₂转化。进一步建立了金属-沸石多功能体系，以使O杂环能够合成N杂环。

2）第二种策略涉及使用几丁质和几丁质衍生物作为起始原料。在壳生物精炼厂的概念下，已经建立了独特的方案，以化学方法将几丁质作为唯一原料化学转化为氨基糖，氨基醇，呋喃酰胺和N-杂环。通过将机械化学与生物转化相结合，还展示了将虾壳废物转化为复杂的，高价值的手性化合物（包括酪氨酸和l-DOPA）的综合过程。

参考文献：

Xi Chen et al. Expanding the Boundary of Biorefinery: Organonitrogen Chemicals from Biomass. Acc. Chem. Res., 2021.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00842

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00842