一、今日【科學(xué)背景】

全球每年產(chǎn)生大量廢棄輪胎，變廢僅美國(guó)2021年就有2.74億條輪胎被廢棄，為寶其中17%被填埋處理，橡膠新技不僅占用大量空間，回收還存在化學(xué)浸出、術(shù)材自燃等問(wèn)題。料牛傳統(tǒng)熱解法雖能回收部分材料，今日但會(huì)釋放苯、變廢二噁英等有害副產(chǎn)物。為寶現(xiàn)有化學(xué)回收方法（如脫硫或主鏈裂解）存在效率低、橡膠新技產(chǎn)物價(jià)值低或依賴(lài)昂貴催化劑等問(wèn)題。回收因此，術(shù)材亟需開(kāi)發(fā)高效、料牛環(huán)保的今日橡膠化學(xué)回收技術(shù)。

二、【創(chuàng)新成果】

近期，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校Aleksandr V. Zhukhovitskiy教授團(tuán)隊(duì)在Nature上發(fā)表了題為“Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement”的論文，報(bào)道了一種應(yīng)用聚合物的 C-H 氨化和骨架重排將輪胎中二烯聚合物解構(gòu)為環(huán)氧樹(shù)脂的前體的策略。具體地，研究人員使用一種硫二亞胺試劑試劑，可使二烯聚合物和橡膠的烯丙基胺化率高達(dá) 35%。然后應(yīng)用陽(yáng)離子 2-aza-Cope 重排（ACR）來(lái)解構(gòu)胺化二烯聚合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一個(gè)模型體系中分子量從 58,100 g/mol 降低到大約 400 g/mol，廢棄輪胎橡膠可以在6小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)化為可溶性的胺功能化聚合物，這些聚合物可以用于制備與商業(yè)雙酚A衍生環(huán)氧樹(shù)脂具有相似剛性的環(huán)氧熱固性材料。總之，這項(xiàng)研究成果證明了 C-H 氨化和骨架重排技術(shù)在實(shí)現(xiàn)廢棄化學(xué)品回收利用方面的強(qiáng)大功能。

三、【圖文解析】

圖1? 橡膠解構(gòu)策略示意圖? 2025 Springer Nature

圖2? 模型底物1、5和9上的烯丙基胺化? 2025 Springer Nature

圖3? ACR解構(gòu)研究結(jié)果? 2025 Springer Nature?

圖4? 交聯(lián)材料的解構(gòu)與產(chǎn)品的應(yīng)用? 2025 Springer Nature

四、【科學(xué)啟迪】

綜上，本研究成功開(kāi)發(fā)了一種新的化學(xué)回收方法，通過(guò)C-H氨基化和ACR反應(yīng)，可以將廢棄的二烯烴聚合物解構(gòu)為有價(jià)值的胺功能化聚合物。這種方法不僅適用于線性聚合物，還可以處理交聯(lián)的橡膠材料。與傳統(tǒng)的熱解方法相比，該方法在溫和的條件下進(jìn)行，不產(chǎn)生有害副產(chǎn)品，且不依賴(lài)于昂貴的金屬催化劑。此外，解構(gòu)后的聚合物可以作為環(huán)氧樹(shù)脂的固化劑，具有潛在的高附加值應(yīng)用。盡管該方法在實(shí)驗(yàn)室中取得了成功，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需解決一些挑戰(zhàn)，如胺化效率（~35%）和解構(gòu)分子量分布需進(jìn)一步提升；溶劑使用量較大，未來(lái)可通過(guò)連續(xù)流反應(yīng)或綠色溶劑優(yōu)化降低環(huán)境因子；實(shí)際廢棄橡膠中添加劑對(duì)反應(yīng)的影響需進(jìn)一步研究等。總之，該研究通過(guò)創(chuàng)新性的化學(xué)方法將廢棄橡膠轉(zhuǎn)化為功能性材料，不僅解決了環(huán)境問(wèn)題，還為循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供了技術(shù)支撐。未來(lái)需在規(guī)模化生產(chǎn)、成本控制及全生命周期分析（LCA）方面深化研究，以推動(dòng)工業(yè)化應(yīng)用。

原文詳情：Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement (Nature2025, DOI: 10.1038/s41586-025-08716-6)

本文由賽恩斯供稿。