日期：2015年8月12日

来源：麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）

MIT研究人员开发的石蜡胶囊

图片来源：Aaron C. Sather

各个领域的化学家称量和混合每一个反应的试剂时通常都比较费劲。很多常见的试剂通常摆在实验室的架子上几个月甚至几年，从而与大气中的氧气和水发生反应导致变质。

本周MIT研究人员在《自然》（Nature）上发表了一篇论文，描述了一种可以避免这种浪费、并可大大缩减进行一系列化学反应时准备常见化合物的过程。

该论文通讯作者Aaron C. Sather是化学系Stephen Buchwald实验室Camille Dreyfus教授的一名博士后。他和同事利用一种小的简单的技术转变了有机化学的桌面操作方式：胶囊。

一些实验室利用“手套箱”（研究人员可以在受控环境下操作试剂的惰性容器）隔离大气中的氧气、二氧化碳和水。但这种“手套箱”比较昂贵且占用地方，很多工业界和学术界的实验室都没有。Sather认为因为没有这种手套箱，很多化学家避开错失了某些有用却相对复杂的反应。

鉴于这种不便，很多试剂和催化剂不能简单的使用。甚至，对于一个从事材料科学或制药领域的化学家而言，进行这种复杂连续的过程来制备某种化合物可能是不熟悉且繁重的。

“如果可以不用专业经验或手套箱，直接将试剂从架子上取下进行化学反应，这将容易得多。”Sather如是说。

石蜡输送车（Paraffin delivery vehicles）

该研究建立在特拉华大学（University of Delaware）Douglass Taber研究基础之上，研究人员试图将试剂的混合物分散于熔融的石蜡之中，这种方法已被证明可以长期保护那些对氧气和水敏感的化合物。但材料冷却之后，某些密度的试剂，如氟化铯，会沉到底部。接着，科学家决定试着将石蜡制成小胶囊，从而能够精确估算出取用的量。

“我们认为，如果能够将多种试剂盒催化剂以某种方式封闭起来，且确切的知道放进去了多少量。”Sather说，“那么，我们就可以用这些一次性的胶囊来显著的简化化学合成。”

石蜡的物理性质决定了其作为多种化学物质输送工具的理想选择。“我们想要的东西是惰性的长链碳氢化合物。”Sather说，“不与催化剂和试剂发生副作用。石蜡非常便宜，且很容易实现。石蜡不带任何水分——就像是油脂一样。”

加热之后，石蜡胶囊熔化/溶解于化学溶剂中，并释放出里面包裹着的试剂。反应结束之后，通过沉淀、过滤和层析等技术可将石蜡移除。

Sather和同事Hong Geun Lee、James Colombe利用玻璃搅拌棒产生空洞，手工制作胶囊。接着将干燥的试剂填充进去，并用热的金属使石蜡熔化，从而将其密封。制作的胶囊看起来只比药店出售的胶囊稍微大一点。

该小组将石蜡胶囊技术应用于各种反应之中，重点研究了从制作传感器到制药各个不同领域的适用性。比如说，研究人员将对氧气敏感的催化剂和氟化铯一起包覆在胶囊内。接着在手套箱中进行与这些胶囊相同的反应，发现两种方法获得的实验结果非常接近。

彻底简化过程（A radically simplified process）

具有讽刺意味的是，为了制备这种“无手套箱”系统，该小组不得不使用手套箱来制作胶囊。Sather说，但是可以使用自动化轻易的完成整个过程，制得低成本、广泛取代手套箱的替代品。一些公司可以出售空心胶囊让化学家自行装载，或者是出售预先测量及预先装载的胶囊。

一旦如此，胶囊可以大大简化桌面化学操作。“取代了多种试剂和催化剂的称量，只需要添加一个胶囊并称量一到两种化合物。特别是对于那些想要制得大量分子的人来说，这真的很快。”Sather如是说。

这种胶囊的寿命很长。研究人员将装满氟化铯（对水特别敏感）的胶囊浸泡在水中一整夜。第二天取出并用纸巾拭干，接着继续进行反应。

“结果是一样的。”Sather说，“它告诉我们，胶囊的密封性特别好。在保护水敏感化合物方面，这种胶囊的潜力是巨大的。”

Sather认为这种技术更广泛的应用可以大大延长常见大宗化工产品的保质期。为了证明这一点，他和同事制备了多个含有多种碱活性催化剂、以及固态下混合强碱的胶囊。

“胶囊内部混合在一起，放置8个月之后仍然保持完好。”Sather说，“没有分解。并没有以特殊的方式进行保存，只是密封在塑料桶里而已。”

研究人员在另一个实验中取得了类似的成功，有一种试剂暴露于空气中几个小时就会降解，然而采用这种胶囊直接放在架子上一年多仍然没有降解。

Sather最兴奋的是，这种技术可以使化学家的工作更加高效，从而扩展至那些要求苛刻但却有用的化学反应，克服了手套箱的不便与乏味。

Sather 说，“对于我们实验室开发的所有反应，我们都持有一颗专业的心。如果真的很难完成，没有人会去使用。我们真的很希望人们可以使用我们努力发展而来的化学反应。”

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮