客观日本

日本开发出利用压电材料的新型有机合成法

2020年01月15日 化学材料

日本北海道大学创成研究机构化学反应创成研究基地(WPI-ICReDD)、北海道大学研究生院工学研究院的伊藤肇教授和久保田浩司特任助教等人组成的研究团队,通过使压电材料钛酸钡与采用球磨机的化学反应共存,开发出了利用压电电力的新型有机合成反应。

日本开发出利用压电材料的新型有机合成法

示意图 采用球磨机和压电材料的有机合成反应。

压电材料受到机械压力或冲击后,表面会瞬间产生电力(称为压电电力,图1)。以家用燃气灶和打火机为首,这种现象还被广泛应用于通信设备用滤波器和致动器等。不过,还没有将压电效应用于有机合成反应的先例。

此次研究发现,通过用球磨机对压电材料和有机化合物的混合物施加机械刺激(图2),来自压电材料的压电电力会促进化学反应。这种反应无需使用在废弃、成本、毒性和安全性等方面令人担忧的有机溶剂,而且能在大气环境下轻松实施。今后有望作为安全且高度便利的环保型有机合成法,应用于化学产品、药品和功能性有机材料的工业生产领域。

相关研究成果已在线发布于2019年12月20日公开的《Science》期刊上。

日本开发出利用压电材料的新型有机合成法

图1:压电材料(左)和利用压电现象的产品(右)。

在上述反应中,压电材料使用了钡钛酸,球磨机使用了Retsch公司生产的MM400。另外还发现了更简单的方法,将压电材料与有机化合物的混合物装入塑料袋中,用锤子敲打也能促进反应。

日本开发出利用压电材料的新型有机合成法

图2:利用球磨机和锤子施加机械刺激可以实现化学反应。

研究团队发现,名为芳基重氮盐的有机化合物会被压电材料产生的压电电力激活,从而产生相应的自由基。因此利用这种现象,研究团队开发出了以机械力为驱动力的新型耦合反应和硼化反应(图3)。

日本开发出利用压电材料的新型有机合成法

图3:应用于耦合反应和硼化反应。

论文信息
题目:Redox Reactions of Small Organic Molecules Using Ball Milling and Piezoelectric
Materials
期刊:《Science》
DOI:10.1126/science.aay8224

日文发布全文

文:JST客观日本编辑部翻译整理

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