模仿大气有机化合物的分解已带来一种更清洁的方式来制造关键的尼龙原料。
今天，己二酸是通过使用大量硝酸打开环己烷来生产的，这个过程会排放消耗臭氧层的温室气体一氧化二氮。但是，台湾国立清华大学的黄国柱和阿鲁纳恰拉姆·萨加德万发现，臭氧和紫外线提供了一种有效的替代方案。“我们的工艺更绿色、更温和、更环保，”黄国柱告诉化学世界。
工业己二酸生产首先在高温度和压力下将环己烷氧化为环己醇和环己酮。此步骤的产率可能低于 10%，这是一个重大限制。其次，硝酸氧化打开这些环状结构，将其完全转化为直链己二酸。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
此过程释放的一氧化二氮占所有人为年排放量的 5-8%。一氧化二氮不仅是人为排放的主要臭氧消耗物质，还是第三大最重要的温室气体。因此，清理己二酸生产可能具有明显的环保效益——但到目前为止，所有努力都过于昂贵。
黄国柱和萨加德万在探索臭氧和紫外线如何氧化和分解大气中的有机化合物时偶然发现了他们的途径。“我突然想到用这种方式氧化只含有未活化的 C-H 键的环己烷，”黄国柱说。“在有机化学中，碳氢化合物的 C-H 键官能化非常困难，被认为是圣杯。”
这位物理化学家将臭氧鼓入纯环己烷中，同时在室温和压力下用紫外线照射。几个小时后，己二酸沉淀出来。他们通过获得更亮的灯、让反应运行更长时间并添加弱酸，将环己烷到己二酸的转化率优化至 75%。该方法在各种其他环状结构上也效果良好。
耶鲁大学的尼莱·哈扎里称 C-H 键氧化方法“优雅”，并断言它可能会改进工业己二酸合成方法。虽然黄国柱尚未计算出新路线的成本比较，但他指出，臭氧可以从空气中的氧气中廉价制取。他的下一步将是将规模从目前的 6.5 毫升扩大，包括引入化学工程师来设计和优化更大规模的反应器。尽管黄国柱说“许多事情必须克服和优化”，但他对前景“乐观”。