Настройка катализаторов для Solid

Nov 30, 2023

Химики из Университета Хоккайдо и Института проектирования и открытия химических реакций (WPI-ICReDD) разработали первый высокоэффективный катализатор, специально разработанный и оптимизированный для твердофазного механохимического синтеза. Команда обнаружила, что, присоединяя длинные молекулы полимера к металлическому катализатору, они могут удерживать катализатор в жидкой фазе, что обеспечивает эффективную реакционную способность при температуре, близкой к комнатной.Такой подход, сообщилв журнале Американского химического общества, может обеспечить экономию затрат и энергии, если будет адаптирован для широкого применения в химических исследованиях и промышленности.

Химические синтетические реакции обычно проводятся в растворе, где растворенные молекулы могут смешиваться и свободно реагировать. Однако в последние годы химики разработали процесс, называемый механохимическим синтезом, при котором твердотельные кристаллы и порошки измельчаются вместе. Этот подход выгоден, поскольку он сокращает использование опасных растворителей и позволяет реакциям протекать быстрее и при более низких температурах, экономя затраты на энергию. Его также можно использовать для реакций между соединениями, которые трудно растворить в доступных растворителях.

Однако реакции в твердом состоянии происходят в совершенно иной среде, чем реакции в растворе. Предыдущие исследования показали, что палладиевые комплексные катализаторы, изначально предназначенные для использования в растворе, часто недостаточно работают в твердофазных механохимических реакциях и что требуются высокие температуры реакции. Использование немодифицированного палладиевого катализатора для твердофазных реакций привело к ограниченной эффективности из-за склонности палладия к агрегации в неактивное состояние. Команда решила пойти в новом направлении, разработав катализатор для решения механохимической проблемы агрегации.

«Мы разработали инновационное решение, связав палладий через специально разработанный фосфиновый лиганд с большой молекулой полимера, называемой полиэтиленгликолем», — объясняет профессор Хадзиме Ито.

Молекулы полиэтиленгликоля образуют область между твердыми материалами, которая ведет себя как жидкая фаза на молекулярном уровне, где механохимические реакции кросс-сочетания Сузуки-Мияуры протекают гораздо более эффективно и без проблемной агрегации палладия. Помимо достижения значительно более высоких выходов продукта, реакция эффективно протекала при комнатной температуре — ранее наиболее эффективная альтернатива требовала нагрева до 120°C. Подобные реакции кросс-сочетания широко используются в исследованиях и химической промышленности.

«Это первая демонстрация системы, специально модифицированной для использования потенциала палладиевых комплексных катализаторов в уникальной среде механохимической реакции», — говорит доцент Кодзи Кубота.

Они полагают, что его можно адаптировать для многих других реакций, а также для катализаторов, использующих другие элементы из переходных металлов таблицы Менделеева.

Более широкое внедрение этого и других подобных процессов может в конечном итоге привести к значительной экономии затрат и энергопотребления в коммерческих химических процессах, одновременно обеспечивая более экологически чистое крупномасштабное производство многих полезных химикатов.

- Этот пресс-релиз первоначально был опубликован на веб-сайте Университета Хоккайдо.