Новые палладий-органические катализаторы помогут синтезировать полимеры
Российские ученые впервые создали катализаторы на основе палладия и органических фрагментов, позволяющие без дополнительных сокатализаторов синтезировать различные по химическому составу полимеры. Предложенные комплексы обладают высокой активностью, стабильны на воздухе и при контакте с водой, и поэтому не требуют специальных условий хранения и использования. При этом синтезируемые с их помощью полимеры устойчивы к высоким температурам и химическим реагентам, а также обладают высокой прозрачностью, поэтому могут применяться как упаковочные материалы.
Многие химические реакции, необходимые для синтеза лекарств, удобрений и полимерных материалов, нуждаются в катализаторах — соединениях, ускоряющих реакцию. В роли катализаторов могут выступать отдельные вещества или целые комплексы. В состав последних чаще всего входят ионы металлов, например палладия, а также лиганды. Металл является центральным атомом комплекса и обуславливает его свойства, например, каталитические. Лиганды — это атомы или группа атомов, располагающихся вокруг иона. Это могут быть частицы, которые до образования комплексного соединения представляли собой молекулы, например воду, угарный газ или аммиак. Лиганды могут участвовать в химических реакциях в качестве реагентов.
Ученые из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН (Москва), Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова (Москва), Российского химико-технологического университета (Москва), ФГБУН института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва), Московского физико-технического института (Долгопрудный) синтезировали комплексы, которые могут выступать в качестве катализаторов полимеризации. Эти соединения состоят из центрального атома — палладия, окруженного различными лигандами, каждый из которых выполняет определенную функцию. Например, азотсодержащий лиганд, подобно зонтику, прикрывает центральный атом, делая комплекс устойчивым к кислороду и влаге воздуха. Кроме того, этот лиганд определяет высокую активность и избирательность катализатора. В результате катализатор взаимодействует только с двойной связью мономера и не затрагивает другие участки молекулы. Подвижные лиганды комплекса, роль которых могут выполнять молекулы растворителя или угарного газа, способны в нужный момент отрываться от палладия, обеспечивая подход мономера к центральному атому и последующее связывание мономеров друг с другом.
Исследователи синтезировали 11 подобных соединений, меняя фрагменты в структуре катализаторов и тем самым регулируя их свойства. Все полученные комплексы не требовали дополнительных сокатализаторов. Благодаря высокой активности расход предложенных соединений оказался крайне экономичным, при этом эффективность полимеризации достигала 94%. Кроме того, так как для синтеза требовалось небольшое количество катализатора, удалось избежать стадии очистки полимера от катализатора — трудоемкой стадии в получении полимеров.
«Мы разработали простые и очень «стабильные» катализаторы для получения разных полимеров. С этими комплексами можно работать в обычных условиях на воздухе и использовать растворители без предварительного осушения или очистки. Кроме того, катализаторы проявляют высокую активность, то есть имеют низкий расход, как при комнатной, так и при повышенной температуре», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Бермешев, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН.
Профили учёных из новости
Лаборатории из новости
Центр исследования строения молекул
Лаборатория "Кремнийорганических и углеводородных циклических соединений" (№ 10)
