莱顿弗罗斯特实验室的超快速合成

美国研究人员发现，通过在莱顿弗罗斯特液滴内进行反应，可以显著加速反应，在某些情况下可以加快几个数量级。¹研究小组希望这些反应能够提供一种工业上高效合成少量化合物的方法。

在2011年,格雷厄姆厨师印第安纳州普渡大学的研究人员及其同事表明，电喷雾电离产生的微小液滴可以显著加速化学反应。²随后，其他研究人员已经证明，反应速度可以加快100多万倍。库克解释说:“我们认为我们知道的是，这是一种界面现象，它与界面上带电试剂的部分溶剂化有关。”这种部分溶剂化的物质的活化能比本体溶液中的活化能低得多，因此在液滴边界的反应进行得更快。然而，尽管这些液滴极大地加速了反应，但它们所含的液体很少——有时还不到一飞升——很难合成出足够量的产物。

在这项新研究中，库克和同事们观察了莱顿弗罗斯特效应产生的毫升级液滴。在莱顿弗罗斯特效应中，液体滴到热表面(如煎锅)，在底部汽化，产生液滴，悬浮在自身蒸汽云上。他们在莱顿弗罗斯特液滴内进行了三种常见的有机反应:两种从肼生成腙的方案，Katritzky反应2、4、6-triphenylpyrylium与4-methoxyaniline生成相应的吡啶阳离子和碱催化Claisen-Schmidt缩合反应。库克说:“我们通常会得到一个数量级的加速度。”“(在电喷雾电离产生微液滴的过程中)同样的三种反应给出了1000个数量级的加速因子。这样做的好处是你可以很容易地合成毫克量的材料。”Cooks believes this could be useful in pharmaceutical development, for example, as it could allow easy, quick synthesis of multiple different chemicals for analysis.

“这非常有趣，因为它现在从纳米合成和无机化学可以在液滴中进行转变为有机化学，”他说Mady Elbahri自2007年以来，他一直在研究在莱顿弗罗斯特液滴中合成无机纳米颗粒。^3.Elbahri的团队在2013年发表了一项关于莱顿弗罗斯特液滴内部物理和化学的详细研究，⁴然而，他不相信该小组将它们作为电喷雾电离液滴的较大类似物来处理。他说，在我看来，两者有一些相似之处。但他补充说，莱顿弗罗斯特液滴有自己的特点，无法与电喷雾液滴相提并论。例如，他指出，莱顿弗罗斯特液滴底部有一个热的蒸汽-液体界面，顶部有一个冷的空气-液体界面。“(库克)这里指的是他的合成中的界面效应，”他说。我会问他指的是哪个界面!”