聚四氟乙烯(PTFE),又稱鐵氟龍,是一種非常耐用的氟化聚合物,廣泛應用於不沾鍋塗層、防水紡織品、電子元件、實驗室設備和醫療器材等領域。PTFE之所以能在這些領域大放異彩,主要是因為它具有極佳的化學穩定性和熱穩定性,它幾乎可以抵抗所有化學試劑的腐蝕,而且還能在260°C的高溫下長時間使用。然而,正是因為這些優異的特性,PTFE在廢棄後的處理變得相當棘手。它無法在垃圾掩埋場中被生物分解,而焚燒處理則需要極高的溫度,並且可能釋放出具有環境持久性和毒性的全氟烷基及多氟烷基物質(PFAS)。目前已知的PTFE降解方法大多極度耗能,需要在高溫和劇烈條件下進行,雖然近期已有科學家使用特殊的鎂試劑或電光催化等方法來降解PTFE,但這些方法的一個主要限制是「PTFE中的氟原子被浪費了」。理想的解決方案應該是找到一種方法,可以直接將PTFE中的氟原子轉化為有價值的氟化小分子,例如在製藥領域需求量很大的氟化物。
近日,英國新堡大學和伯明罕大學的研究團隊,成功開發出一種將PTFE中的氟原子轉化為有價值氟化小分子的方法。他們在室溫下利用廉價且容易取得的金屬鈉塊,利用機械化學方法快速地將PTFE還原脫氟,並生成環境友善的氟化鈉和碳的混合物,其中氟化鈉的產率高達98%;這些氟化鈉無需純化,可以直接拿來再進行一次機械化學氟化反應,以此合成有價值的磺醯氟和醯氟化物,其產率表現優異。具體實驗情形如下,研究人員將PTFE粉末與切成約5毫米的鈉塊一起放入球磨罐中,在30 Hz的頻率下球磨1小時,過程中罐子的外部溫度上升不到2.5°C。球磨完成後,研究團隊使用固態核磁共振光譜分析發現,PTFE幾乎完全消失,並生成了氟化鈉。接著,研究團隊將這種氟化鈉-碳混合物直接應用於球磨氟化反應中,透過加入四乙基氯化銨和對甲苯磺酸等添加劑,成功將多種磺醯氯化物轉化為相對應的磺醯氟化物(sulfonyl fluoride),產率高達79-95%,也成功合成了多種醯氟化物(acyl fluoride),產率介於73-94%之間。