Российские ученые использовали простые соединения палладия для повышения селективности реакции кросс-сочетания, то есть реакции, при которой образуется химическая связь между двумя атомами углерода, находящимися в разных органических молекулах. Это поможет снизить затраты на получение специальных веществ и продуктов, которые применяются в изготовлении лекарств и электроники. Исследование проведено коллективом подведомственного Минобрнауки России Иркутского государственного университета (ИГУ).

«Реакции кросс-сочетания хороши тем, что они позволяют супер селективно вовлекать в реакцию только определенные реакционные центры, получая продукты, востребованные в современных областях тонкого органического синтеза. Такие реакции при одинаковом конечном результате отличает доступность реактивов и простота условий проведения (например, при комнатной температуре), что при переводе в промышленный масштаб даст положительный экономический эффект», — сообщила доцент кафедры физической и коллоидной химии, старший научный сотрудник НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ Анна Курохтина.

Сложность исследований механизмов этих реакций, то есть путей превращения молекул реагирующих веществ в конечные продукты, которые в том числе определяют возможные методы повышения селективности (увеличения количества целевого продукта по сравнению с нежелательными побочными), заключается в том, что катализатор в условиях реакции находится одновременно в нескольких формах. С одной стороны, в реакции присутствуют активные формы, которые участвуют в превращении субстрата в продукт, но в то же время есть и не активные, участвующие в нежелательных побочных процессах. Роль каждой их них установить действительно не просто.

Иркутские ученые смогли создать кинетические методы исследования селективности реакций кросс-сочетания, которые основаны на анализе закономерностей конкурентных реакций. Специалисты предложили использовать в реакциях палладий без добавок лигандов — химических соединений, стабилизирующих металлы.

«Лиганды чувствительны к кислороду и влаге, а также дороги и зачастую токсичны. Палладий — типичный представитель так называемых переходных металлов, которые легко меняют свою степень окисления (это необходимо для более легкой реализации шагов, из которых слагается механизм реакции). Есть примеры использования и других переходных металлов как катализаторов в реакциях кросс-сочетания — платина, золото, никель. Но в массовом порядке, по крайне мере пока, палладий остается наиболее широко используемым в этом качестве металлом», — рассказывает Анна Курохтина.

По словам авторов, в ходе исследования удалось установить многие принципиальные детали механизмов реакций кросс-сочетания в «безлигандных» условиях, причем сделать это непосредственно в условиях реакции.

«Нами был получен ряд важнейших с фундаментальной точки зрения результатов в области реакций кросс-сочетания арилгалогенидов, касающихся установления природы и лигандного окружения истинного катализатора реакции, природы и закономерностей сопряжения элементарных стадий внутри и за пределами каталитических циклов реакций, процессов формирования, дезактивации и регенерации каталитически активных частиц», — заключает ученая.

Результаты исследования опубликованы в одном из международных научных изданий.