Ученые определили, что добавление металла к органокатализатору повышает его стабильность

Российские ученые выявили, что смесь органических солей иодония и серебра понижает их общую каталитическую активность, то есть способность ускорять химические реакции, но такой гибридный катализатор является более устойчивым, чем соответствующие органические катализаторы в отсутствие металла. Это препятствует разложению такого органокатализатора, увеличивает срок его службы и, как следствие, снижает затраты на проведение реакций с ним. Исследование опубликовано в журнале ChemPlusChem.

Органокатализаторы — это органические вещества, состоящие из углерода, водорода и других элементов неметаллов, которые используются в химии — как правило, в органической — для ускорения химических реакций. Эти вещества более безопасны и менее токсичны, чем традиционные катализаторы на основе металлов, а также они не требуют дополнительных затрат на утилизацию, так как их можно выделить из реакционной смеси в неизменном виде и использовать повторно. Также катализаторы имеют низкую чувствительность к воздуху и влаге, что существенно снижает затраты времени на подготовку условий реакции и сильно упрощает проведение химического эксперимента.

Один из наиболее перспективных типов таких органокализаторов основан на солях иодония, которые эффективно ускоряют большое количество химических превращений за счёт необычного типа связывания реагирующих молекул с областью положительного заряда на атоме иода, известной как сигма-дырка. Эти комплексы могут использоваться в различных реакциях, например, в окислительных перегруппировках атомов в молекулах или полимеризации, то есть соединении небольших молекул в длинные цепочки. Соли иодония также используются для создания новых типов материалов, таких как металлоорганические каркасы — структуры, состоящие из органических молекул, связанных с атомами металлов.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета выявили, что добавление металла к органическому катализатору приводит к увеличению устойчивости таких катализаторов в реакциях. Авторы провели эксперимент на модели солей иодония и серебра и показали, что, несмотря на то что иодоний и серебро оба являются положительно заряженными частицами и должны отталкиваться друг от друга, их взаимодействие в растворе возможно и оно приводит к сложным обратимым превращениям, снижающим общую каталитическую активность частиц. Это поможет увеличить износостойкость органических катализаторов и существенно снизить затраты на их использование. Также такое наблюдение поможет при создании новых типов каталитически активных веществ.

«Мы показали, что изучаемые нами органокатализаторы нового поколения способны связываться с металлом. Это может быть специальная добавка металла или примесь в химическом реакторе. Такое взаимодействие существенно влияет на общую каталитическую активность смеси. Полученные результаты указывают на то, что взаимодействие органического катализатора с металлом помогает предотвратить разложение органокализаторов в ходе реакции. Этот фактор необходимо учитывать при проектировании химических реакторов», — рассказывает руководитель проекта Михаил Ильин, ассистент кафедры органической химии Санкт-Петербургского государственного университета.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».