撰稿 / Stella Y.T. Sun (科學推展中心特約編輯)
今年（2023年）四⽉，東海大學化學系杜澄達助理教授帶領專題生團隊陳琦閔及陳佳欣同學於《綠色化學 Green Chemistry》發表研究成果，旨探討〈以三氯異氰脲酸作為氯化劑的無溶劑反應〉。
東海化學系杜澄達助理教授團隊 於國際期刊發表研究成果
降低溶劑使用量和提高原子經濟是實現綠色化學的有效方法，比如開發無溶劑反應或使用簡單過濾取代繁複的管柱層析來純化物質等。這篇研究使用了球磨機（ball-milling machine）的高速震盪原理，讓化學反應物和研磨球高速碰撞，並在無需溶劑的條件下，對不同吡唑類化合物進行室溫固相氯化反應。其中，研究團隊又特意選擇了三氯異氰脲酸（TCCA）作為氯化劑，其高含氯量有利於提高反應的原子經濟性，而此反應的副產物三聚氰酸在低極性有機溶劑中幾乎不溶解，因此可以通過簡單過濾的方式從產物中去除，即不需要進行繁複的管柱層析純化，便可得到相對應的 4-氯吡唑（4-chloropyrazoles）產物（如圖1）。比起於在溶劑中進行相同的氯化反應，使用球磨機也明顯縮短了反應時間，是為優勢之一。
圖1. 運用三氯異氰脲酸作為氯化劑進行反應得到相對應的4-氯吡唑產物。
在傳統的化學反應中，選擇適當的溶劑常常是一個重要的議題。然⽽，溶劑，尤其是有機溶劑，通常是造成環境污染的主要來源。隨著人類對環保的重視日益增加，近年來，越來越多的固相有機反應和一些無機反應開始採用無溶劑合成（Solvent-Free Synthesis）或乾介質反應（Dry Media Reaction）方法，這種趨勢讓我們發現了化學研究中產生了一個關鍵的里程碑 — 綠色化學儼然成為了現今新一派的科學態度。
著名英國化學教授羅傑・謝爾登（Roger A. Sheldon）早在 18 年前就曾提出「最好的溶劑就是無溶劑」此觀點，也成為了眾多莘莘學子往後跟隨的研究路徑，而這次登上期刊的這篇論文，正描述了這種無溶劑、快速且操作簡單的方法。研究團隊使用三氯異氰尿酸對吡唑類化合物進行氯化，製備出 4-氯吡唑的方法不僅產量高，亦可以避免繁瑣的柱層析過程，並同時減少了溶劑的使用，達到了綠色化學的經濟性、易純化、反應速率高且對環境友善等各項指標；而根據反應機制研究可得知，此系統為一個親電芳香族取代反應（Electrophilic Aromatic Substitution, EAS）。
此外，應用球磨機制催化化學反應已成為一個新興的研究領域，該方法在聚合物後官能化、有機金屬配合物合成及催化應用、碳水化合物轉化、製備有機小分子之氧化還原反應等方面應用廣泛。相比傳統的有溶劑反應，球磨反應具有無溶劑條件、反應速率增加、選擇性提高以及與難溶劑試劑相容等優點；而自動球磨機提供了可預先設定的參數，降低人為誤差干擾，利用自動球磨機的高頻振動，即使是固體的吡唑類化合物也可以在無溶劑條件下進行反應，為吡唑類的環境友好型氯化反應提供了現今最合時宜的解決方法。
綠色化學指標顯示了這次研究的合成方法對於製備吡唑類化合物非常環保和友善，而這種無溶劑、能簡單將副產物去除的綠色合成方法有望應用於更多芳香化合物的鹵化及相似反應，環保且高效的球磨機應用方法也極具其市場價值，將為未來的綠色有機合成領域提供一脈新的策略。
