Ученые Санкт-Петербургского государственного университета создали новую каталитическую систему из амина и органической соли иода. Такая система оказалась более экономичной для производства, чем катализаторы, взятые по отдельности, и более безопасной с экологической точки зрения, чем традиционные катализаторы на основе тяжелых металлов. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале ChemCatChem.
Александра Сысоева (первый автор), д.х.н. Дмитрий Болотин (руководитель группы, руководитель гранта), к.х.н. Михаил Ильин. Фото предоставлено Дмитрием Болотиным
Большинство химических соединений, которые люди используют в повседневной жизни, — это сложные органические соединения, многие из которых требуют больших затрат энергии и времени для производства. Условия их получения могут быть существенно более мягкими при использовании катализаторов — веществ, ускоряющих протекание реакции и позволяющих проводить их в более мягких условиях.
Многие из используемых сегодня катализаторов — производные тяжелых металлов, получение, использование и дальнейшая переработка которых может наносить серьезный экологический ущерб. Альтернативой таким катализаторам являются органические производные, которые проявляют похожие свойства, но не содержат в своем составе металла, а значит, экологически более безопасны.
Ученые Санкт-Петербургского университета изучили два вида органических катализаторов, которые работают в тандеме друг с другом. За счет этого увеличивается выход реакции, приводящей к получению продуктов (электронодефицитных алкенов), имеющих большое практическое значение в качестве прекурсоров синтеза широкого разнообразия органических соединений.
Одним из катализаторов выступает амин — недорогое и широко распространенное соединение, которое часто используется для ускорения реакций. Амины применяются в производстве лекарственных препаратов, производстве пластмасс и красителей, а также в качестве антиоксидантов, пестицидов. Другой катализатор — органическая соль иода, которая и выступает заменой металлсодержащему катализатору.
Во время экспериментов химики СПбГУ установили, что добавление иодорганического соединения приводит к увеличению выхода продукта в несколько раз. Кроме того, один раз в результате реакции удалось получить продукт, который почти не образовывался в отсутствие такого катализатора.
«Мы доказали, что иодорганическое соединение способно ускорять реакцию, катализируемую амином. Фактически нам удалось катализировать катализируемую реакцию — что, в целом, весьма удивительно и относительно редко для химических реакций. Кроме того, это первый пример такого процесса, реализованного для катализаторов нового поколения на основе иода», — рассказал автор исследования, профессор кафедры органической химии СПбГУ Дмитрий Болотин.
Обнаруженный учеными университета тип катализа с участием производных иода позволит более экономично, а главное, экологично получать важные химические соединения, перспективные для применения в фармацевтике, производстве бытовой химии и других направлениях.
Такой тип катализатора в итоге способен не только уменьшать стоимость химических соединений, но и потенциально может снизить антропогенную нагрузку на экологию, обусловленную химическим производством. Так, иодорганические соединения, в отличие от металлсодержащих катализаторов, легко могут быть выделены из реакционной смеси в неизменном виде и использованы повторно.
В случае необходимости их переработки отсутствует стадия аффинажа металла, которого в данном случае просто нет. Именно этот этап наиболее сложный, так как предполагает трудоемкий процесс переработки металлсодержащих отходов и регенерирования металла.
В работе использовалось оборудование ресурсных центров «Магнитно-резонансные методы исследования» и «Методы анализа состава вещества» Научного парка СПбГУ. Проект «Органокатализ на основе носителей сигма-дырок как инструмент для перехода к экологичным энерго- и ресурсосберегающим процессам» поддержан грантом Российского научного фонда. Санкт-Петербургский государственный университет является лидером по количеству поддержанных РНФ проектов.
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ