Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Organic & Biomolecular Chemistry.
Каталитические реакции играют важную роль в химической промышленности, позволяя экономить ресурсы при производстве, получать новые материалы и регулировать процессы. Сейчас наука и промышленность все быстрее переходят на экологичные системы, которые либо содержат нетоксичные безопасные металлы, либо вообще их не используют.
Такие системы называются органическими катализаторами, поскольку состоят только из органических соединений и могут ускорять реакции, давая преимущества, которых нет у металлов: высокую избирательность, биосовместимость и простоту получения. Это делает их полезными в фармацевтике, производстве полимеров и других научных областях.
Химики СПбГУ входят в число ведущих специалистов в области органокатализа в России. Так, ранее они доказали эффективность новых катализаторов, основанных на галогенных и халькогенных связях. Удалось подтвердить, что соединения ускоряют химические реакции за счет образования нековалентных связей, а не за счет побочных кислотных примесей.
Ученые Санкт-Петербургского университета изучили катализаторы на основе сигма-дырок — областей с частичным положительным зарядом в молекулах, содержащих атомы галогенов. Оказалось, что они сочетают плюсы металлов и органических катализаторов: высокую активность, экологичность и устойчивость к воде и кислороду.
Ранее взаимодействие сигма-дырочных доноров с краун-эфирами (крупными молекулами, имитирующими биологические среды) изучали только в равновесных системах. Химики СПбГУ исследовали их в более сложных условиях — в реакционной смеси с другими веществами. Они сравнили активность иодония, теллурония и других сигма-дырочных доноров в реакции Шиффа, которая важна для получения лекарств и красителей.
«Мы выяснили, что краун-эфиры замедляют реакцию не из-за “отравления” катализатора, а потому что временно блокируют анилин. Металлы (например, серебро) теряли активность, так как краун-эфир связывал их катионы. Это новый механизм: сигма-дырочные системы работают там, где металлы бессильны»,— объяснила ассистент кафедры органической химии СПбГУ Александра Сысоева.
Органические катализаторы сохраняют активность в присутствии краун-эфиров, а металлы теряют до 93% эффективности. Кроме того, серебро, медь и другие металлы токсичны, дороги и чувствительны к примесям. Их органические аналоги решают эти проблемы, снижают токсичность процессов и помогают внедрять зеленые технологии.
При этом катализаторы на основе иода и теллура устойчивы к воде и кислороду, что упрощает их использование в промышленности. Они также могут работать в условиях, близких к физиологическим (например, среди белков или ДНК), что открывает новые возможности для создания лекарств.
