氟化物是現代工業不可或缺的原料,其應用範圍遍及製藥、農藥、電動車與冷凍空調等產業。工業界生產氟化物的起始原料是氟石(CaF2),目前最主要的製程是在高溫(300度以上)下,讓氟石與濃硫酸反應來製造氫氟酸,再利用氫氟酸來合成各種氟化物。這種製程存在三大問題:首先,氫氟酸具有高度腐蝕性,因此其生產與運送都需要由專業人士來執行;其次,所有氟化物的合成都必須經過氫氟酸這個合成步驟,例如治療糖尿病的sitagliptin、治療自體免疫疾病的MK2抑制劑、抗生素norfloxacin、愛滋病用藥raltegravir、治療心血管疾病的rosuvastatin、治療偏頭痛的flunarizine等藥物,其合成步驟都需要先將氟石轉換成氫氟酸,再用氫氟酸來製造氟化物;最後,生產氫氟酸所需要的硫酸是一種石化產品,面對全世界正往非石化能源邁進的大環境,如何維持每年大量硫酸的供應將會是一大挑戰。因此,科學家一直在尋找新的方法合成氟化物,希望能繞過腐蝕性強的氫氟酸以及永續程度低的硫酸。
近日,英國牛津大學的研究團隊,成功研發了一個全新、永續程度高且可以繞過氫氟酸和硫酸的合成氟化物方法,該方法可以在低溫(50度以下)且在水中進行。他們發現,如果要在溫和的條件下活化氟石,就必須同時使用兩種酸,一種是草酸,可以捕捉氟石釋放出來的鈣離子;另一種酸是硼酸或二氧化矽,兩者可以捕捉氟石釋放出來的氟離子。研究團隊利用此新型活化氟石的方法,成功從氟石純化出四氟硼酸、氟化鉀、四甲基銨氟化物等常見的氟化試劑,並確認這些氟化試劑都能順利地把不同種類的芳香烴轉換成氟芳香烴,而氟芳香烴是製藥、農藥工業的重要原料之一。研究人員指出,活化氟石的草酸可以藉由二氧化碳和生質原料來製造,所以這個新方法可以帶領氟化物工業邁向永續。