在水裡做有機反應不是夢:光誘導耦合反應

在當代化學研究領域中,水被科學家們視為最普遍且最容易取得的溶劑,其在促進或加速化學反應上的潛力一直是科學家們探索的焦點。然而在實際操作上,因為水的極性和有限的溶解能力,迫使許多有機化學反應只能在非水性的有機溶劑中進行(比如烷烴類、醚類等有機溶劑),以避免反應物的水解或是溶解度問題。近年來,隨著綠色化學的興起,大量研究者開始研究如何在水中進行有機合成,這群研究者會這麼執著於「水」,不僅是因為用水做實驗相當環保,也是因為水能促進某些類型的化學反應,比如水和反應、酸鹼中和反應、親核加成反應(形成醇類)。進一步地,光化學反應作為一種能夠提供溫和反應條件,且具有高選擇性的反應方式,所以該反應在有機合成領域中扮演著不可或缺的角色。儘管如此,以純水進行光化學反應的有機合成方法至今仍沒幾個案例,這主要是因為溶解度的問題。因此,若科學家能開發出一種在水中進行光化學反應的方法,將對於推動綠色化學和擴大光化學應用範圍具有重大貢獻。

 

近日,德國雷根斯堡大學的研究團隊,成功研究出一種能在水中加速光化學反應的方法(交叉耦合反應)。該研究團隊發現,當不同電子親和力的芳香族化合物、雜環化合物、烯胺或酯類在水中形成聚集體(Aggregates)時,比如烯胺與雜環化合物反應,可以透過降低熔點的方式在油水界面形成薄膜,從而大幅加速光化學反應(光波長為 365 nm)。當反應物(有機分子)在水上形成薄膜時,反應物會利用它們的氫原子與水分子形成氫鍵,這改變了反應物周圍溶劑的性質,也形成了較穩定的中間體,所以可以有效地促進光化學反應。研究人員以同樣的方法試驗了一系列固態分子,包括難以在水中溶解的藥物分子,最後也都成功進行了光化學反應,這展示了該方法在水中進行耦合反應的簡便性。研究人員表示,他們透過這種讓反應物在水中形成油膜並進行光化學反應的方法,證明了在無需過渡金屬催化劑或光催化劑的條件下,也能實現光誘導的電子轉移反應。

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