Структурно схожие органические катализаторы на основе теллура и йода действуют противоположным друг другу образом, то есть, схожая каталитическая активность может быть вызвана совершенно разными процессами. Это выяснили ученые Санкт-Петербургского государственного университета, детально исследуя особенности реакций.
Слева направо авторы статьи: студент магистратуры Иван Путнин, аспирант Александра Сысоева, Михаил Ильин, Дмитрий Болотин.
Фото Дмитрия Болотина
Химические реакции происходят, когда частицы сталкиваются друг с другом и образуют новое вещество. При этом важно, чтобы частицы сталкивались и поворачивались друг к другу нужным для протекания реакции образом. За эти процессы отвечают энтальпия и энтропия активации реакции. Энтальпия показывает, какой избыточной энергией должны обладать частицы, чтобы реакция состоялась: чем она меньше, тем выше вероятность эффективного протекания реакции. А энтропия реакции позволяет определить вероятность столкновения частиц и их поворота друг к другу нужным образом. Чем ниже энтропия активации реакции, тем медленнее она протекает.
В исследовании Санкт-Петербургские ученые доказали, что производное теллура понижает энтропию и энтальпию активации, а производное йода, наоборот, повышает их, несмотря на внешне схожую активность.
«Наш коллектив один из немногих, который изучает эту тематику дотошно. Мы пытаемся разобраться, как и почему реализуется катализ. Дело в том, что большинство исследований, в том числе, которые мы проводили раньше, изучали механизм с точки зрения квантово-химических расчетов. Но такие расчеты должны опираться экспериментальные данные, которые гораздо важнее. Такой эксперимент мы и провели, чтобы выяснить, как эти данные согласуются с предварительными расчетами, и обнаружили этот любопытный факт. Предполагалось, что в ситуации, когда схожие структурные катализаторы дают примерно схожий каталитический эффект, они и ведут себя схожим образом. Но выяснилось, что с точки зрения наблюдаемых экспериментальных фактов они ведут себя противоположно», ― рассказал профессор кафедры органической химии СПбГУ Дмитрий Болотин.
Результаты исследования и новые фундаментальные знания помогут, например, создавать в будущем более эффективные и селективные катализаторы. В том числе правильно использовать квантово-химические расчеты для актуальных реакций, что может снизить стоимость исследований и более рационально получать нужные молекулы.
«Мы планируем функционализировать эти катализаторы. То есть создать дополнительные функциональные группы, чтобы они более селективно связывались с определенными молекулами. Наверняка мы получим новые интересные результаты», ― отметил Дмитрий Болотин.
Работа поддержана грантом РНФ, а результаты опубликованы в международном научном журнале ChemCatChem.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
По материалам пресс-службы СПбГУ