解释下国科大杭科院的芳香胺重大化学成果，真不难懂
这事热度很高，但大伙都是看热闹，模糊知道是化学反应的事，但稍具体的细节就不明白了。主要还是需要基础知识，其实这成果牛逼就在于，它居然不需要太复杂的基础知识，算是一个相对简单的超级重大发现。所以一些稍懂点的生化学生捶胸顿足，我也怀疑过啊，为啥不是我发现的，真不难......
张夏衡团队自然论文标题是《N-硝基胺介导的直接脱氨官能团化》，直接劝退大部分读者，都只剩八卦了。但不用怕，一步步拆解就行了。新闻里说这是芳香胺有关的重大成果，解释清楚它就行了。
芳香胺（aromatic amine）不是一种分子式，而是一类物质，共同特征是“氨基直接连在芳香环上”，通式为Ar–NH₂，“–NH₂”就是氨基，不难懂。Ar是芳香环，如苯、萘、吡啶、噻吩等等。最简单的芳香胺是苯胺，结构式C₆H₅NH₂。
芳香胺的好处是，它非常易得，且便宜、量大、品种多。所以，就用它当化学反应原料，做一些精细的东西，制药什么的。这些化学反应，有个重要名词“官能团”。
-NH₂就是一个官能团，它可以换成另外一个东西，如-Cl，这个动作叫“官能团化”。例如，把苯胺的苯环上连的 –NH₂换成 –Cl，就得到“氯苯”。除–Cl，还有很多种官能团，–Br、–I、–OH、–CN、–F、–NO₂等等，非常多种。换完了，芳香胺就变成“芳香衍生物”，可以直接用，往往是进一步处理，做出精细的药物、催化剂之类的。但变芳香衍生物这步是必须的。
但是，这步全球工业界一百多年来都是用一种可怕的、易爆炸的、缺点无数的“重氮盐”路线来干的，由于“没想到的”原因。例如一开始摸索出了这种复杂办法，但它能管用、能赚钱，虽然麻烦但大家都这么干，可能各种科学发现很多加世界大战，没人去想别的办法。时间一长，大家也忘了怎么回事了，就这么干吧，这这条路线上搞优化。搞到后来，就成了唯一普适的办法。写进教科书里，“芳香胺的重氮盐官能团化”，第一步到第八步，教好多节课。无数人学过了，都以为是一个大招，搞这么复杂，真牛逼啊，前辈探索不容易。
重氮盐路线，原料是三个，芳香胺（Ar–NH₂） + 亚硝酸钠（NaNO₂） + 盐酸（HCl）。先来个低温重氮化（0 – 5 °C），反应方程是：
Ar–NH₂ + NaNO₂ + 2 HCl → Ar–N₂⁺Cl⁻ + NaCl + 2 H₂O
这个Ar–N₂⁺Cl⁻就是“芳基重氮盐”，正电荷挂在氮上，极端活泼，易燃易爆炸。后面的反应动作，就是把–N₂⁺Cl⁻替换，如加CuCl，得到Ar-Cl，N₂气体冒出；别的官能团化反应也类似。
重氮盐路线的分子式和反应式本身不复杂，就是这个重氮盐容易出事。干燥的重氮盐撞击、摩擦、升温都会爆炸，几克就能把玻璃震碎。必须零度以下操作，工业大规模生产需要昂贵的冷冻釜，废水含大量NaCl、HCl，工艺路线长、风险高。
自然的疑问是，能不能直接对芳香胺进行“官能团化”把氨基换成“ –Cl、–Br、–OH、–CN”这些官能团？还真不行。因为–NH₂ 离去需要断裂 C–N 键，而氮的电负性高、键能大，没有“外力”几乎不断，所以它是“极差离去基团”。只有上大招，把–NH₂换成N₂⁺ 这样的气体离去基团，才能让C–N 键瞬间断裂，官能团化顺利进行。
最新《自然》论文就是说，这事其实特简单，重氮盐路线太麻烦了！把它换成“N-硝胺路线”就行了。把中间产物“重氮盐”换成“N硝胺”。
N-硝胺指的是氨基（–NH₂）中的一个氢被硝基（–NO₂）取代后形成的官能团，通式为：R–NH–NO₂。例如最简单的是苯基-N-硝胺：C₆H₅–NH–NO₂。
这个路线的原料是：芳香胺+HNO₃ 。后者就是廉价硝酸，随便弄。反应式是：
Ar–NH₂ + HNO₃ → Ar–NH–NO₂ + H₂O
然后就用Ar–NH–NO₂去和CuCl这些东西搞，就把–NH–NO₂换成-Cl，都一样，非常多种。
好处就是室温、安全、量大管饱，原料都是随便弄的，成本几十分之一。反正是什么都好，除了简单得难以置信。
