低温等离子体在N置换苯环C反应中的应用

苯是一种极为稳定的芳香烃，苯分子的活化主要受限制于C-H键之间的键能活化，但由于高离解能，很难实现一个原子直接置换苯环上的C原子。我们通过研究发现，苯蒸汽在空气存在的情况下通过基于介质阻挡放电的低温等离子体的作用可发生分子-离子反应，苯环上的一个C原子能被N原子取代生成吡啶。通过高分辨质谱、串联质谱和同位素标记法对该过程的表征和研究，我们提出了由苯生成吡啶的反应途径，其中涉及含N物的置换，开环和闭环反应，该机理同样适合于其他芳香族化合物如甲苯和邻二甲苯；我们也通过色谱技术对反应产物进行收集和鉴定，当用纯苯分析时，色谱图中没有观察到吡啶峰，当用低温等离子体反应后的产物分析时，在3.44分钟出现了吡啶峰。在过去很长一段时间，使用传统合成路径合成苯杂环被认为是不可能的，但这一研究发现提供了一个将苯选择性地转换成含N的芳香族化合物的新途径，也为苯的杂环化成分的直接合成铺平了道路。