腰果壳液中的新型表面活性剂可促进工业反应

工业和化学实验室每天都会合成各种各样的有机分子。大多数化学反应发生在液相中，以使底物容易相互作用。然而，许多底物和催化剂对水敏感，会发生副反应，产生不需要的产物。

这迫使合成化学家使用有有机溶剂。化学过程中产生的废物中 80% 以上来自此类溶剂，而且并非所有废物都得到妥善处理。

印度科学研究所 (IISc) 无机和物理化学系 (IPC) 的一组研究人员现在想出了一个解决方案。他们从农业废弃物中合成了一种表面活性剂，通过一种称为胶束催化的过程，帮助在水中而不是有机溶剂中催化工业相关反应。这项研究发表在《A 可持续化学与工程》上。

他们设计的表面活性剂名为 CNSL-1000-M，取自腰果壳液 (CNSL)，这是一种在烘烤腰果以分离果仁时产生的农业废料。“由于我们的目标是替代有机溶剂，我们认为替代品必须是生物基的，”第一作者、IPC 博士生 Pritesh Keshari 解释道。印度是世界第二大腰果生产国，因此原材料很容易获得且价格低廉。

表面活性剂是一种既有亲水性成分又有疏水性成分的分子。研究人员将腰果酚(腰果油中的一种疏水性化合物)与亲水性聚合物 m-PEG 结合在一起，制成了表面活性剂。

当表面活性剂分子加入水中时，它们会迅速自组装形成称为胶束的小球形结构。表面活性剂的疏水部分向内转，远离外面的水，形成无水口袋。通常对水敏感的基质和催化剂(如镍复合物)可以在这些胶束口袋内移动并受到保护。

“假设你把一个足球浸入池塘或大海。只要足球不漏水，它就会漂浮，不会有水进入球内，”IPC 助理教授兼研究通讯作者 Susanta Hazra 解释道。

“我们对胶束催化使用相同的类比。当底物进入胶束内部时，它会将自身和反应产物与大量水分离，这就是化学反应发生的地方。”这种胶束催化模拟生物系统——许多天然酶都有一个与胶束中的疏水口袋非常相似的疏水口袋。

该团队利用表面活性剂催化碳磷键的形成，这是工业上重要的一步，用于制造许多化合物，包括抗癌药物布加替尼和有机 LED。与在有机溶剂中进行的反应相比，CNSL-1000-M 在水中的产品产量提高了 80%。

与现有的表面活性剂相比，这种新型表面活性剂还可使在水中进行的反应产率提高 30%。使用这种表面活性剂还可以用廉价的镍配合物取代昂贵的催化剂(如钯)，并促进反应在较低温度下进行。

研究人员热衷于与工业界合作，实现从使用有有机溶剂到水性胶束技术的过渡，以此作为可持续的绿色替代方案。“我们希望更详细地研究胶束化学，并在工业层面使用我们的技术，”哈兹拉说。

“我们的目标不是为各种类型的反应制造新的表面活性剂，而是使用相同的表面活性剂作为所有可能的反应和化学转化的通用反应介质，因为这更有利于可持续性。”