Экспериментальная установка для проведения реакций с аммиаком. Источник: Александр Селихов
Химики разработали металлоорганический катализатор для синтеза азотсодержащих молекул, входящих в состав различных лекарственных препаратов. Он содержит биогенные и дешевые металлы — кальций и калий — и, в отличие от существующих катализаторов, позволяет проводить реакции при комнатной температуре и атмосферном давлении, получая целевые соединения с эффективностью до 100%. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ACS Catalysis.
Органические молекулы, содержащие один или несколько атомов азота, встречаются в составе почти 80% лекарственных препаратов и биологически активных соединений. Наиболее эффективным методом получения таких молекул служит реакция гидроаминирования — присоединение азотсодержащих групп к непредельным углеводородам (содержащим двойную или тройную связь). Для такой реакции необходим катализатор — вещество, делающее ее протекание возможным. Существующие катализаторы несовершенны: одни требуют жестких условий (например, нагревания до 200 °C, давления в 40 раз выше атмосферного) или приводят к образованию большого количества побочных продуктов.
Ученые из Института металлоорганической химии имени Г.А. Разуваева РАН (Нижний Новгород) и Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) синтезировали металлоорганический катализатор, в состав которого входят ионы кальция и калия.
Авторы исследовали способность полученного металлорганического соединения осуществлять реакцию гидроаминирования и на примере более 60 реакций с различными органическими соединениями продемонстрировали его универсальность. В зависимости от типа превращения и его сложности, на синтез требовалось от одной минуты до трех дней. При этом большинство реакций успешно шли при комнатной температуре и атмосферном давлении.
В частности, исследователям удалось осуществить гидроаминирование этилена — простейшего углеводорода с двойной связью. Раньше это было сложной задачей, поскольку реакция требовала нагревания до 190 °C и давления в 40 атмосфер. Новый катализатор позволил провести ее при комнатной температуре и давлении всего в 1,5 раза выше атмосферного. При этом избирательность превращения достигала 99%, приводя к образованию практически чистого продукта. Кроме того, впервые, благодаря новому биметаллическому катализатору, на примере аммиака и стирола удалось провести каскад реакций гидроаминирования (образование связей C-N) и гидроаминоалкилирования (образование связи С-С), позволяющий синтезировать неизвестный ранее третичный амин.
«В отличие от существующих методик, новый подход не требует высоких температур и давления при синтезе, реакции протекают без образования отходов, а сами катализаторы состоят из дешевых, нетоксичных и экологически безопасных металлов. Поэтому предложенные нами катализаторы помогут упростить получение азотсодержащих молекул, широко используемых в лекарственных препаратах. В дальнейшем мы планируем усовершенствовать полученный катализатор и разработать метод получения азотсодержащих соединений из аммиака и этилена», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, молодой ученый Александр Селихов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории металлокомплексного катализа ИМХ РАН.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда