В России ищут пути экологичного способа повышения селективности реакций кросс-сочетаний
© Обсуждаемая статья
Реакции кросс-сочетания – это реакции образования химической связи между двумя атомами углерода, которые находятся в разных органических молекулах. Повышение селективности таких реакций позволяет получать продукты, которые используются в изготовлении лекарств, электронных гаджетов и даже космических аппаратов. Исследователи России Иркутского государственного университета (ИГУ) смогли доказать, что повышать селективность возможно с помощью простых соединений палладия - более экологичных и доступных веществ, чем обычно используемые, содержащие так называемые лиганды. Статья опубликована в Molecular Catalysis. Об исследовании сообщает пресс-релиз Минобрнауки.
«Реакции кросс-сочетания хороши тем, что они позволяют супер селективно вовлекать в реакцию только определенные реакционные центры, получая продукты, востребованные в современных областях тонкого органического синтеза. Такие реакции при одинаковом конечном результате отличает доступность реактивов и простота условий проведения (например, при комнатной температуре), что при переводе в промышленный масштаб даст положительный экономический эффект», – говорит доцент кафедры физической и коллоидной химии, старший научный сотрудник НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ Анна Курохтина.
Сложность исследований механизмов, включая поиск методов повышения селективности (увеличения количества целевого продукта по сравнению с нежелательными побочными) этих реакций заключается в том, что катализатор в условиях реакции находится одновременно в нескольких потенциально активных формах - активной в превращении субстрата в продукт и не участвующей в каталитическом превращении, и трудно установить роль каждой из них.
В результате многолетней работы иркутские ученые смогли создать кинетические методы исследования селективности реакций кросс-сочетания, которые основаны на анализе закономерностей конкурентных реакций. При этом основным объектом исследования являются условия, отличительная черта которых - отказ от применения в реакции лигандов – химических соединений, стабилизирующих металлы, их используют в качестве катализатора (вещества, которое меняет скорость химической реакции). Вместо этого специалисты предлагают использовать палладий без добавок таких лигандов.
«Лиганды чувствительны к кислороду и влаге, а также дороги и зачастую токсичны. Палладий - типичный представитель так называемых «переходных» металлов, которые легко меняют свою степень окисления (это необходимо для более легкой реализации шагов, из которых слагается механизм реакции). Есть примеры использования и других переходных металлов как катализаторов в реакциях кросс-сочетания - платина, золото, никель. Но в массовом порядке по крайне мере пока палладий остается наиболее широко используемым в этом качестве металлом», - рассказывает Анна Курохтина.
По словам авторов, разработка «безлигандных систем» не нова, однако с помощью их подходов удалось установить многие принципиальные детали механизмов реакций кросс-сочетания в «безлигандных» условиях, причем сделать это непосредственно в условиях реакции.
«Нами был получен ряд важнейших с фундаментальной точки зрения результатов в области реакций кросс-сочетания арилгалогенидов, касающихся установления природы и лигандного окружения истинного катализатора реакции, природы и закономерностей сопряжения элементарных стадий внутри и за пределами каталитических циклов реакций, процессов формирования, дезактивации и регенерации каталитически активных частиц», - заключает ученая.