Полимерный медный катализатор резко ускоряет клик-реакцию

Не так уж много из открытых в последнее время реакций оказались настолько важными и полезными, как 1,3-биполярное циклоприсоединение азидов к алкинам. Это химическое превращение, более известное как клик-реакция, применяется сегодня в самых разнообразных областях науки, начиная с материаловедения и заканчивая биохимией и молекулярной биологией. Однако реакция требует присутствия медного катализатора.

В Институте физико-химических исследований RIKEN (Япония) разработана новая форма гетерогенного медь-содержащего катализатора, который обещает сделать клик-реакцию ещё более эффективной.

Гетерогенные катализаторы не растворяются в реакционной смеси, а сохраняются в твёрдой фазе, предоставляя свою высокоразвитую поверхность для проведения элементарного акта химического взаимодействия. Основное преимущество таких катализаторов — лёгкость их отделения от реакционной смеси после окончания реакции с помощью обычной фильтрации. Ну а недостатком является именно многофазность процесса, ограничивающая степень диспергирования катализатора в реакционной смеси (гомогенные катализаторы, напротив, способны полностью растворяться в реакционной смеси, что обеспечивает максимальное распределение молекул катализатора среди реагирующих веществ).

Японские учёные предложили способ купировать этот недостаток, присущий всем гетерогенным катализаторам. Сотрудники RIKEN встроили медь в структуру двухкомпонентного самособирающегося полимера (поли(N-изопропилакриламид)-N-винилимидазол сополимер). Основная полимерная цепь основана на полиизопропилакриламиде, представляющем собой амфифильное соединение. В результате полимерный материал действует как амфифильная губка, втягивающая в себя реагенты и субстраты в независимости от их гидрофобности.

Вторым компонентом сополимера стал N-винилимидазол, электрон-донорный лиганд, стабилизирующий и активирующий медь, что и приводит к ускорению клик-реакции: медный катализатор внутри полимерной губки способен мгновенно взаимодействовать с субстратами и реагентами. В итоге происходят образование желаемых продуктов и регенерация самого катализатора.

По словам химиков, их творение наиболее эффективно из всех когда-либо предложенных катализаторов клик-реакции. Наилучший из «конкурентных» катализаторов теряет свою активность после 1 000 элементарных циклов (в процессе одной реакции), а новый полимерный катализатор способен провести как минимум 209 000 элементарных циклов. Кроме того, он обладает очень высокой скоростью конверсии, равной 6 740 элементарным циклам в час.

Все подробности о новом катализаторе вы найдёте в издании Journal of the American Chemical Society.

Подготовлено по материалам Института физико-химических исследований RIKEN.