«За последние десять лет уже сменилось несколько поколений органических катализаторов. Наша работа не только впервые позволила сравнить активность различных органокатализаторов последнего поколения, но и помогла обнаружить важные факторы, позволяющие еще больше увеличить их активность», — заявил профессор СпбГУ Дмитрий Болотин, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.
За последние два столетия химики разработали множество катализаторов — веществ, которые ускоряют химические реакции и позволяют их проводить с минимальными затратами энергии. Большинство существующих катализаторов представляют собой соединения различных металлов, в том числе редкоземельных и благородных, среди которых золото, платина, палладий или родий.
Их высокая стоимость и токсичность многих соединений металлов заставляют ученых искать альтернативные подходы для ускорения реакций. Болотин и его коллеги уже много лет работают над решением этой проблемы. Недавно они обнаружили, что некоторые металлические катализаторы можно заменить соединениями ароматических углеводородов и серы или селена.
Поиски новых катализаторов
В своей новой работе Болотин и его коллеги заинтересовались, можно ли использовать для разработки катализаторов и другие соединения углеводородов с различными неметаллическими элементами периодической таблицы Менделеева. Руководствуясь этой идеей, исследователи просчитали свойства трех вариаций катализаторов, построенных на базе элементов из групп серы, фтора и азота.
Общая структура органокатализаторов последнего поколения и способы их связывания с субстратами реакций. Источник: Bolotin et al. / Organic & Biomolecular Chemistry, 2022.
Проведенные ими расчеты показали, что в самых простых формах наибольшей активностью обладали органические молекулы, содержащие атомы йода и других элементов группы фтора, а также катализаторы на базе халькогенов, элементов из группы серы. С другой стороны, соединения фосфора, сурьмы и мышьяка, элементов из группы азота, уступали «конкурентам» в каталитической активности.
Эти различия, как выяснили профессор Болотин и его коллеги, были связаны с тем, что атомы из разных групп таблицы Менделеева обладали разным поверхностным зарядом, что влияло на их способность имитировать металлы из классических катализаторов. Руководствуясь этой идеей, исследователи модифицировали молекулы, содержащие фосфор, сурьму и мышьяк, таким образом, что поверхностный заряд атомов этих элементов заметно повысился.
В ближайшее время российские химики планируют дополнительно изменить структуру этих катализаторов таким образом, что они начнут избирательно взаимодействовать с молекулами, «закрученными» только в правую или левую сторону. Это значительно упростит и удешевит синтез многих лекарств и биологически активных соединений, подытожили Болотин и его коллеги.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.
