利用水即可切斷最穩定的碳–氟鍵結,創新微液滴反應實現快速脫氟

 

刊登日期:2025/9/15
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由名古屋工業大學等組成的國際研究團隊開發出一項突破性的技術,可利用水切斷有機化學中最穩定之一的「碳–氟(C–F)鍵」。研究團隊在空氣與水的界面透過直徑僅約5 μm的微小液滴「微液滴(Microdroplets)」,無須使用任何觸媒或試劑,即可在極短時間內有效切斷C-F鍵。此項技術可望應用於全氟/多氟烷基物質(PFAS)的分解以及醫藥品、材料等領域。
 
研究團隊構想了一種將含有PFAS之水溶液霧化為微液滴的方法,具體做法是對液體施加高電壓,使其噴霧成帶電液滴。這些微液滴具有極大的表面積與不到1毫秒(ms)的短暫壽命,能在空氣與水的交界處創造出特殊的化學反應環境。
 
在此過程中,包括芳香族氟化合物(Aryl Fluorides) 、三氟甲基化合物(Aryl Trifluoromethyl)在內的C–F鍵在數毫秒內即可被切斷,同時釋放出氟離子並生成碳陽離子中間體(Carbocation Intermediate),且與水、醇類、胺類等親核劑反應,最終轉換為去氟的取代產物(Defluorosubstitution)。
 
整體反應過程完全不依賴觸媒與試劑。研究中也發現當提高噴霧電壓後,氫離子(質子)會集中於液滴表面,界面呈現「超酸性」狀態,進一步促進C-F鍵的斷裂。透過氣相層析-質譜(GC-MS)分析確認,4-氟苯胺(4-Fluoroaniline)可在約10%產收率下轉換為4-胺苯酚(4-Aminophenol),反應時間不到1毫秒,最高產收率達12%。
 
今後研究團隊將投入於提升微液滴的產生效率與壽命,建構具多噴嘴的連續反應系統與反應液循環裝置等的開發,以提高產收率、達到實用規模的大型化。此外,亦將探索應用於難分解有機物、與奈米結構材料結合之新型反應路徑的可能性。

資料來源: https://chemicaldaily.com/archives/679428
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