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当代化学研究主题——绿色工艺路线

发布时间:2010-10-27浏览:3187次

绿色工艺路线是当代化学研究主题

——有机氟化学中前沿领域研究项目取得系列成果

化学在推动社会发展的同时也给我们赖以生存的地球环境带来了负面影响。目前所进行的化学工业生产过程有不少难以符合可持续发展的要求,因此探索在温和条件下发展新的,既对环境友好又经济的绿色工艺路线,创造和研制无污染的化学材料是化学工作者面临的任务。

在国家自然科学基金的支持下,中国科学院院士、中国科学院上海有机化学研究所研究员陈庆云,中国科学院上海有机化学研究所研究员朱仕正、赵刚和吴永明等人完成的科学基金重点项目——“有机氟化学中若干前沿领域研究针对有机氟化学前沿领域若干问题进行了深入系统的研究,实现了部分含氟杂环化合物的合成,并基于氨基酸设计、合成了系列新的有机催化剂,推动着绿色有机氟化学向前发展。

活跃的有机氟化学
有机氟化学是有机化学的一个分支,随着有机化学的发展而得到蓬勃发展。近10年来,有机氟化学的研究十分活跃,10年前由美国化学会(ACS)登录的新化合物中含氟化合物已占了6.5%以上。

由于含氟化合物具有独特的物理化学性质,它在人们日常生活和工农业生产方面得到了广泛应用。有机氟化学越来越广泛地应用在染料、感光材料、航天等技术、聚合材料以及农药和医药等方面。随着有机氟化学基础理论的深入,新含氟农药、医药及高分子材料相继问世,显示了氟化学研究和发展的巨大潜力。

有机氟化学20世纪被广泛应用于人类生产和生活的各个方面。这些应用技术的取得无不来源于化学家对有机氟化学基础研究所取得的成果。现代有机氟化学在可控与选择性的氟化反应方面取得了较大的进展。另一方面,含氟材料和含氟功能材料的研究是氟化学研究中的一个重要领域。如全氟离子磺酸膜应用在纯碱工业消灭过去汞法生产引起的严重的环境污染,这一新技术引起了纯碱工业一次革命性的发展。这一成果的取得是和氟化学基础研究的发展分不开的。

在众多种类的功能材料中,有机光电材料在信息科学中具有重要的应用前景。不仅如此,有机光电材料的研究已深入到分子尺寸大小以及单个分子功能性质的研究,如在分子导线、分子器件和量子计算机等方面,从而成为当今材料研究zui为热门的领域。zui近研究表明,向苯环中引入氟原子后,在电致发光时明显红移。分子间弱的相互作用分子的聚集体形成过程和聚集体的有序结构的研究这一方面的研究成为有机化学当前的重点研究方向。

对于化学来说,研究化学反应的介质、反应条件的影响从而提高反应的选择性和达到低的能耗,生产出低毒和对环境以及人类安全的化学品始终是化学研究工作的主题。近年来,基于有机氟化学在绿色化学中的应用发展了氟两相体系的反应和可重复使用的三氟磺酸稀土路易斯酸催化剂为合成有机化学提供了清洁技术。朱仕正说。

破坏臭氧层的不是氟
化学的迅速发展在为人类生活带来便利的同时,给人类也带来了许多问题。由于科学探索的不确定性,化学家在研究过程中不可避免地会合成未知性质的化合物,只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质,这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。

氟利昂的研制、应用和逐渐被取代就是这方面的一个实例。

氟利昂是美国研制的一种制冷剂。20世纪70年代,科学家们发现氟利昂会破坏地球臭氧层,危及人类健康,破坏生态平衡。1985年联合国环境规划署制定了《保护臭氧层维也纳公约》,提出控制氟利昂的使用,各国科学家开始寻找氟利昂的代用品。

无氟冰箱一度成为社会关注度极高的词汇。然而,上世纪90年代初我国氟利昂代用品研制重任的陈庆云解释说:无氟冰箱的说法是缺乏科学依据的,破坏地球臭氧层的罪魁祸首不是氟利昂中的氟,而是其中的氯。氟利昂升到同温层被强烈的紫外线照射后分解出氯,氯发生复杂的化合反应,掉了臭氧。氟利昂的代用品中不是氟少了,而是氟多了,只是不含氯元素。在陈庆云等人的努力下,上世纪90年代末,上海有机化学研究所就将液相法制取四氟乙烷(无氯冰箱)的生产技术转让给厂家。

联结学科前沿与应用基础的研究

该项目在研究有机化学特别是有机氟化学发展趋势的同时,结合我们的研究基础,对当今有机氟化学前沿研究领域若干问题进行研究。进行有机氟化学中含氟功能材料合成及性质研究,包括含氟烷基化卟啉的合成、金属化反应并它们的物理和化学性质进行研究;研究含氟的卤代物如碘化物或溴化物和含杂原子分子如氮、氧及硫原子的分子间氢键、卤键等弱相互作用关系,从而揭示分子间弱相互作用的一些本质问题;利用廉价的含氟砌块转化合成一些在特定位置带有含氟基团的有机氟化合物,特别是含氟杂环化合物和具有生理活性的含氟天然产物类似物;不对称催化在有机氟化学中的应用,以达到反应的高立体选择性和区域选择性合成含氟的手性化合物。朱仕正说。 

该项目通过高化学选择性或区域选择性的碳氯、碳氟键的选择性地活化,设计、合成了一系列新化合物,并对它们的化学和物理性质进行了研究。*次合成四三氟甲基取代的室温下稳定的20πe卟啉。、高纯度便捷地得到含氟化合物以及它们和含杂原子分子在适当的条件下形成晶体,通过晶体工程对分子之间的弱相互作用如氢键,特别是卤键等进行性质研究,为进一步设计合成含氟功能有机分子打下了基础。该项目还进行了若干含氟功能材料的合成研究;对含氟的活泼中间体如二氟卡宾、含氟叠氮、重氮为研究对象,研究它们的化学反应性质,发现其一些独特的化学反应性质。

研究人员利用廉价的含氟砌块高选择性地进行化学转化,合成含氟杂环化合物。项目还在不对称有机催化在有机氟化学中的应用,高立体选择性和区域选择性合成含氟的手性化合物,具有生理活性含氟类的天然产物的合成研究方面取得了重要成果。