Фотокатализ помог разложить тефлон

Две группы химиков разработали фотокаталитические методы разложения перфторированных органических соединений. Предложенные подходы основаны на восстановлении связей углерод-фтор органическим фотокатализатором в возбужденном состоянии. Один из методов позволил разложить образец измельченного тефлона. Обе работы (раз, два) опубликованы в Nature.

В перфторированные органических соединениях все атомы водорода замещены на атомы фтора. За счет высокой энергии связи углерод-фтор, они отличаются устойчивостью к любым внешним воздействиям. Из-за этого их часто используют для изготовления покрытий сковородок, изоляционных материалов или имплантатов. Но у стабильности таких соединений есть и недостаток — они очень медленно разлагаются в окружающей среде. И из-за того что перфторорганические соединения токсичны, химики ищут способы их превращения в безопасные вещества. Часто для этого приходится использовать высокую температуру или высокоэнергетическое излучение.

Но недавно химики под руководством Янь Бяо Кана (Yan-Biao Kang) из Научно-технического университета Китая научились разлагать фторорганические соединения в мягких условиях. Их идея была в том, чтобы использовать очень сильный восстановитель для разрыва связей углерод-фтор. Подходящим восстановителем оказалось производное карбазола, способное поглощать видимый свет и в возбужденном состоянии восстанавливать фторорганику.

Реакцию химики проводили так: они смешивали исходное фторорганическое соединение, фотокатализатор, органический восстановитель и гидроксид калия в диметилсульфоксиде, а затем облучали реакционную смесь фиолетовым светом. В результате реакции образовывалась смесь аморфного углерода, фторида калия и других простейших неорганических солей — карбоната, оксалата, формиата и трифторацетата. Причем в реакцию вступали как перфторированные органические кислоты, так и полимер тефлон — но в измельченном виде.

Одновременно другая группа химиков под руководством Гаррета Мияке (Garret M. Miyake) из Университета штата Колорадо разработала схожий процесс дефторирования фторорганических соединений. Они тоже использовали фотокатализатор в качестве восстановителя, но в их случае атомы фтора менялись на атомы водорода, а скелет молекулы сохранялся. Например, из токсичной полифтороктановой кислоты в результате реакции образовывался метиловый эфир октановой кислоты. Также химики показали, что образующиеся в процессе реакции углеродные радикалы можно перехватывать другими органическими соединениями и таким образом менять атомы фтора на разные функциональные группы.

Так две группы химиков разработали два фотокаталитических метода активации связи углерод-фтор во фторированных веществах. При этом первый метод позволяет полностью разлагать любую фторорганику, а второй — менять атомы фтора на другие функциональные группы в сложных органических соединениях.

Ранее мы рассказывали о том, как химики научились разлагать полифторированные карбоновые кислоты до неорганических продуктов с помощью гидроксида натрия в смеси диметилсульфоксида и воды.