利用纳米气泡选择性氧化苯乙烯生成苯甲醛

纳米气泡在气水界面催化氧化苯乙烯生成苯甲醛，通过超声波引发纳米气泡 collapse 产生 •OH自由基选择性氧化 C=C键，优化超声功率和环境后获得24.2%产率、80.0%选择性，激光超声循环策略提升效率1.5倍。

　　

最近，气-水界面因其能够显著加速反应并在体相中引发原本不可能发生的反应而受到了广泛关注。理解气-水界面性质在生成羟基自由基（•OH）过程中的关键作用对于阐明反应机制至关重要。本研究提出了一种直接、无需催化剂且环保的方法，利用纳米气泡在体相中高选择性地将苯乙烯氧化为苯甲醛。实验结果表明，在纳米气泡破裂过程中产生的•OH自由基优先氧化了苯乙烯中的C═C键。生成的亲水性苯甲醛产物与气-液界面分离，有效抑制了其进一步氧化为苯甲酸的过程。同位素标记实验（使用¹⁸O富集水）证实，来自水分解的•OH是主要的氧源，同时溶解氧也参与了反应。密度泛函理论（DFT）计算阐明了•OH诱导苯乙烯氧化为苯甲醛的机制，并指出氧的参与显著降低了反应能量障碍。通过优化超声波功率和溶剂环境，系统研究了反应动力学和选择性机制。在优化条件下，10小时内苯甲醛的产率为24.2%，选择性达到80.0%。此外，采用超声波-激光循环策略后，反应效率比连续超声波处理提高了1.5倍，这归因于纳米气泡的加速破裂以及•OH的自由基生成。这项工作不仅提供了一种可持续的苯甲醛合成方法，还深化了对纳米气泡诱导界面催化作用的基本理解，为绿色有机转化和可扩展应用提供了新的见解。