用空气和天然气直接给苯环“加氰”

本文介绍了一种突破性的化学合成方法：在常压条件下，利用非热等离子体技术，将惰性极强的氮气（N₂）和甲烷（CH₄）直接转化为高价值的芳香腈（如苯甲腈、均三甲苯甲腈等）。传统方法制备芳香腈通常需先经高耗能的哈伯法合成氨，再经多步氧化、取代反应引入氰基，过程长、使用强酸强氧化剂及剧毒氰化物（如KCN），存在安全与环保隐患。本研究设计了一套特制的无氧介质阻挡放电（DBD）等离子体反应器，通入10% CH₄/N₂混合气体，在放电区原位生成活性•CN自由基；该自由基可高效加成到苯、甲苯、氯苯等多种芳香环上，一步生成对应芳香腈。实验证实产物中的氰基氮原子确实来自通入的N₂（¹⁵N同位素标记证实）；光谱与质谱分析捕获到•CN自由基及其二聚体(CN)₂；理论计算表明•CN与苯环的反应几乎无能垒，速率快、选择性好。通过优化电压（16 kV）、温度（0°C）、稀释溶剂（正十二烷）等条件，该方法已实现克级制备（如360分钟得362毫克均三甲苯甲腈），具备向实际有机合成放大的潜力。该工作首次将惰性小分子（N₂和CH₄）的活化与自由基有机转化高效耦合，为‘等离子体化学合成’这一新兴交叉领域提供了重要范例，也为绿色、低碳的含氮化学品制造开辟了新方向。