今日Nature：变废为宝，橡胶回收新技术！

一、【科学背景】

全球每年产生大量废弃轮胎，仅美国2021年就有2.74亿条轮胎被废弃，其中17%被填埋处理，不仅占用大量空间，还存在化学浸出、自燃等问题。传统热解法虽能回收部分材料，但会释放苯、二噁英等有害副产物。现有化学回收方法（如脱硫或主链裂解）存在效率低、产物价值低或依赖昂贵催化剂等问题。因此，亟需开发高效、环保的橡胶化学回收技术。

二、【创新成果】

近期，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Aleksandr V. Zhukhovitskiy教授团队在Nature上发表了题为“Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement”的论文，报道了一种应用聚合物的 C-H 氨化和骨架重排将轮胎中二烯聚合物解构为环氧树脂的前体的策略。具体地，研究人员使用一种硫二亚胺试剂试剂，可使二烯聚合物和橡胶的烯丙基胺化率高达 35%。然后应用阳离子 2-aza-Cope 重排（ACR）来解构胺化二烯聚合物。实验结果表明，在一个模型体系中分子量从 58,100 g/mol 降低到大约 400 g/mol，废弃轮胎橡胶可以在6小时内转化为可溶性的胺功能化聚合物，这些聚合物可以用于制备与商业双酚A衍生环氧树脂具有相似刚性的环氧热固性材料。总之，这项研究成果证明了 C-H 氨化和骨架重排技术在实现废弃化学品回收利用方面的强大功能。

三、【图文解析】

图1  橡胶解构策略示意图 © 2025 Springer Nature

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

图3  ACR解构研究结果 © 2025 Springer Nature 

图4  交联材料的解构与产品的应用 © 2025 Springer Nature

四、【科学启迪】

综上，本研究成功开发了一种新的化学回收方法，通过C-H氨基化和ACR反应，可以将废弃的二烯烃聚合物解构为有价值的胺功能化聚合物。这种方法不仅适用于线性聚合物，还可以处理交联的橡胶材料。与传统的热解方法相比，该方法在温和的条件下进行，不产生有害副产品，且不依赖于昂贵的金属催化剂。此外，解构后的聚合物可以作为环氧树脂的固化剂，具有潜在的高附加值应用。尽管该方法在实验室中取得了成功，但在实际应用中仍需解决一些挑战，如胺化效率（~35%）和解构分子量分布需进一步提升；溶剂使用量较大，未来可通过连续流反应或绿色溶剂优化降低环境因子；实际废弃橡胶中添加剂对反应的影响需进一步研究等。总之，该研究通过创新性的化学方法将废弃橡胶转化为功能性材料，不仅解决了环境问题，还为循环经济提供了技术支撑。未来需在规模化生产、成本控制及全生命周期分析（LCA）方面深化研究，以推动工业化应用。

原文详情：Deconstruction of rubber via C–H amination and aza-Cope rearrangement (Nature 2025, DOI: 10.1038/s41586-025-08716-6)

本文由赛恩斯供稿。