Ученые Санкт-Петербургского государственного университета синтезировали первые соединения платины, которые под действием зеленого света катализируют реакции получения полезных мономеров. Эти комплексы могут помочь в разработке экологически чистого синтеза важных полимеров и лекарств. Работа поддержана грантом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках крупного научного проекта по приоритетным направлениям научно-технологического развития страны. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry — A European Journal.
Автор исследования аспирант кафедры физической органической химии СПбГУ Мария Кашина. Фото предоставлено Марией Кашиной
Ученые по всему миру уже давно изучают возможности использования световой энергии, ведь она поступает прямо от Солнца и ее не нужно добывать, как газ или нефть. Так, химики активно используют специальные вещества — фотокатализаторы, которые запускают химические реакции под воздействием света.
Они работают без нагрева или высокого давления, что требуется для многих химических процессов. Благодаря этому реакции проходят в щадящих условиях, а значит, позволяют использовать даже вещества, подверженные разложению. Кроме того, процесс синтеза становится безопаснее и дешевле. Таким образом, фотокатализ делает производство важных для жизни полимеров и лекарств доступнее и эффективнее.
Создание новых фотокатализаторов — это сложная и многогранная задача, требующая разработки «умных» молекул, способных не только поглощать свет, но и эффективно преобразовывать поглощенную энергию в полезные химические реакции. На сегодняшний день универсальных рецептов для проектирования таких молекул не существует, однако исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета достигли значительных успехов в этой области.
Коллектив ученых СПбГУ предложил использовать металлоорганические соединения платины, которые одновременно выполняют функции фотосенсибилизаторов и металлокомплексных катализаторов в одном каталитическом цикле. То есть они могут улавливать свет и ускорять химические реакции в одном химическом процессе.
Разработанные учеными-химиками университета катализаторы показали свою эффективность на примере реакции, где из гидросилилирования алкинов получают функционализированные винилы — важный материал для создания разных полимеров. При освещении новые платиновые соединения очень быстро и эффективно проводят реакцию, превращая исходные вещества в нужные продукты.
Как отмечают исследователи, эти катализаторы демонстрируют выдающуюся эффективность: даже в концентрации в 1000 раз меньшей, чем реагенты, они способны полностью преобразовывать их в конечные продукты.
«Уникальность наших фотокатализаторов проявляется в их модульной структуре. Замена модулей позволяет адаптировать характеристики катализаторов под конкретные задачи. Например, введение аминогруппы в циклический скелет значительно повышает эффективность платиновых соединений, позволяя им работать даже при воздействии мягкого зеленого излучения», — пояснил ведущий исследователь проекта, доцент СПбГУ Михаил Кинжалов (кафедра физической органической химии).
Традиционно для активации фотокатализаторов используется синий свет, обладающий наибольшей энергией среди излучения видимого диапазона. Однако высокая энергия синего света иногда оказывается губительной для продуктов реакции, приводя к их разрушению или нежелательным побочным превращениям, например к формированию смеси продуктов. Активация зеленым излучением позволяет реакции протекать более естественно и приводит к образованию единственного желаемого продукта.
«До сих пор было мало примеров веществ, которые могли бы работать как катализаторы под мягким зеленым светом, и среди них еще не было соединений платины. Благодаря нашей работе такие вещества получены, и они могут сильно улучшить производство важных материалов, используемых в медицине, авиации и машиностроении», — подчеркнула исследователь проекта, аспирант СПбГУ Мария Кашина (кафедра физической органической химии).
Исследование поддержано грантом Министерства науки и высшего образования РФ для крупных научных проектов № 075−15−2024−553.
Источник информации и фото: пресс-служба СПбГУ
