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四川大學(xué)高分子國重夏和生教授在《Science》發(fā)表Perspective評述論文“Piezoelectricity drives organic synthesis”

來源:四川大學(xué)      2019-12-23
導(dǎo)讀:12月20日,國際著名學(xué)術(shù)期刊《Science》發(fā)表了四川大學(xué)高分子材料工程國家重點實驗室/高分子研究所夏和生教授(夏和生教授為該論文第一作者,四川大學(xué)為該論文第一單位)與西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院王振華博士合作撰寫的題為“Piezoelectricity drives organic synthesis:Ball milling allows for solvent-free mechanoredox catalysis”的perspective評述論文(Science, 2019, 366, 1451-1452)。結(jié)合近年來力化學(xué)領(lǐng)域的新進展,對當期Kubota等發(fā)表的Science論文“Redox Reactions of Small Organic Molecules Using Ball Milling and Piezoelectric Materials (Science , 2019, 366, 1500-1504)”研究工作進行了評述和展望。

 

評述論文指出,力化學(xué)目前正處于一個價值重新發(fā)現(xiàn)和研究復(fù)興時期。力化學(xué)可以改變反應(yīng)路徑,制備常規(guī)熱、光活化方法難以制備的材料,同時可以減少有機溶劑使用,為綠色化學(xué)提供新途徑。力化學(xué)的模擬計算可為化學(xué)鍵的斷鍵機理提供深層次的理解。通常力化學(xué)產(chǎn)生自由基需要高能球磨、超聲或水力空化以實現(xiàn)有機分子或聚合物共價鍵裂解,反應(yīng)環(huán)境較為極端,難以實現(xiàn)規(guī)?;?。在過去十年里,力化學(xué)領(lǐng)域一個新的發(fā)展趨勢是采用更溫和的方法,如雙螺桿擠出、常規(guī)攪拌、壓縮和拉伸等。這些較溫和的方法很容易實現(xiàn),但通常需要結(jié)合新的化學(xué)概念如含弱鍵的力敏基團mechanophore,以及新材料如金屬-有機絡(luò)合物(MOF)等。

壓電材料在應(yīng)力作用下變形發(fā)生表面電荷富集,可以高效地將機械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,為力化學(xué)反應(yīng)提供一種新的溫和方式。近年來,研究人員發(fā)現(xiàn)在超聲機械力作用下,壓電材料可以促進電子轉(zhuǎn)移實現(xiàn)染料降解和可控ATRP聚合。Kubota等Science論文率先提出采用普通的壓電陶瓷材料如鈦酸鋇BaTiO3等作為有機合成的力氧化還原催化劑(Mechanoredox)。作者通過球磨BaTiO3粒子實現(xiàn)單電子轉(zhuǎn)移(SET)氧化還原反應(yīng),成功地進行了各種芳基重氮鹽的力氧化還原活化,實現(xiàn)了呋喃類化合物的芳基化反應(yīng)和硼基化反應(yīng),與光催化氧化還原反應(yīng)相比,力催化能在較短的時間內(nèi)達到更高的產(chǎn)率。

評述文章結(jié)合近年來力化學(xué)領(lǐng)域的進展展望了Mechanoredox催化的前景。力化學(xué)廣泛應(yīng)用于包括納米粒子制備、有機和聚合物合成、聚合物加工、塑料或橡膠回收、電化學(xué)儲能、水處理、藥物共晶合成、金屬有機絡(luò)合物、石墨烯剝離、碳納米管切割、動態(tài)共價化學(xué)鍵性能調(diào)控、自修復(fù)等眾多領(lǐng)域。力催化氧化還原開辟了一條適用于多種有機氧化還原反應(yīng)的力化學(xué)新途徑,可以擴展到與自由基相關(guān)的化學(xué)領(lǐng)域,如聚合、接枝和交聯(lián)反應(yīng)、降解和回收等。

夏和生教授課題組多年來在力化學(xué)領(lǐng)域取得了多項成果,早期在王琪院士指導(dǎo)下提出超聲原位聚合制備聚合物納米復(fù)合材料(Chem Mater, 2002, 14, 2158; Chem Mater, 2003, 15, 3879); 近年來將Mechanophore概念引入到嵌段共聚物中,實現(xiàn)超聲力化學(xué)控制藥物釋放(Chem. Commun., 2010, 46, 7739; Chem. Commun., 2014, 50, 3575; Therapeutic Ultrasound (book chapter), 2016, 880, 365); 提出超聲力化學(xué)實現(xiàn)自修復(fù)的策略(J. Mater. Chem., A, 2014, 2, 16051. Front Chem, 2019, 7, 59)。開發(fā)了多種含壓電材料在內(nèi)的超聲力化學(xué)可控ATRP聚合新型催化體系 (ACS Macro Lett., 2017, 6, 546; Macromolecules, 2017, 50, 7940; ACS Macro Lett., 2018, 7, 275; ACS Macro Lett. 2019, 8, 161)。

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