Химики РУДН улучшили палладиевые катализаторы с помощью панцирей крабов

Химики РУДН улучшили палладиевые катализаторы с помощью панцирей крабов

Химики РУДН синтезировали растворимые биополимеры на основе хитина из панцирей крабов. В комплексе с палладием они образуют эффективные катализаторы для органических реакций. Наночастицы новых катализаторов можно использовать десять и более раз.

Катализаторы на основе палладия используют для ускорения реакций кросс-сочетания — в них два фрагмента связываются через атомы углерода. Около 17% всех реакций в медицинской химии составляют кросс-сочетания с применением палладиевых катализаторов. Однако большинство палладиевых катализаторов нельзя использовать повторно. Химики РУДН предложили новый тип катализаторов с палладием на основе биополимера хитина, которые можно использовать более 10 раз.

Хитин получают из панцирей и экзоскелетов членистоногих, в первую очередь — морских обитателей. Большинство его производных плохо поддаются модификации, но химикам РУДН удалось синтезировать подходящие для задач органической химии производные хитина. Для этого хитиновый порошок из панцирей крабов смешали с водой и органическими соединениями с азидными группами (N3) и подвергли ультразвуковому воздействию. Через 20 минут из смеси получился полимер, в котором 40% фрагментов соединялись с азидными группами. На следующем этапе полимер «достроили» с помощью эфиров аминокислот. На месте каждой азидной группы появилось кольцо из трех атомов азота и двух атомов углерода. В растворе метанола полученное вещество смешали с палладиевым катализатором, этот раствор затем добавляли в раствор хитинового производного — по одной-две капли в несколько минут. В результате удалось синтезировать наночастицы катализатора диаметром от 20 до 110 нанометров.

Каталитическую активность наночастиц катализатора химики РУДН проверили на реакции кросс-сочетания, в которой соединяются фрагменты веществ двух классов, — арилгалогенидов и алкинов. Ее провели при температуре 70℃ в разных растворителях — воде, толуоле, гексане — и в присутствии нескольких оснований. Всего ученые изучили 32 варианта реакции и выяснили, что новый катализатор наиболее эффективен в виде частиц диаметром 30 нанометров при реакции в воде в присутствии карбоната калия. В этом случае выход продукта реакции достигал 100%. Химики РУДН также проверили, можно ли при таких параметрах использовать катализатор повторно. После первой реакции наночастицы отделили на центрифуге от продукта реакции, промыли водой, высушили и запустили с их помощью следующую реакцию. После 10 повторов выход продукта не уменьшился, а наночастицы не разрушились.

«Мы получили первое доказательство концепции создания эффективных катализаторов для органического синтеза на основе хитина. Ключевое преимущество нового катализатора — возможность повторного использования. Пока мы еще не знаем, что делает наночастицы комплекса палладия с производными хитина такими устойчивыми. Это предстоит выяснить в следующих исследованиях. Также мы планируем применить полученные наночастицы как катализатор в других реакциях кросс-сочетания», — кандидат химических наук Андрей Критченков, ассистент кафедры неорганической химии РУДН.

Результаты опубликованы в Carbohydrate Polymers.

Теги: Приоритет-2030 стратпроекты