Новости химической науки > Стерически селективные кислотные катализаторы

Металлоорганические каркасные структуры [metal-organic frameworks (MOFs)], длительное время рассматривавшиеся как материалы для хранения водорода, раскрывают свой потенциал в качестве селективных катализаторов.

В группе Джеффри Лонга (Jeffrey R. Long) из Университета Калифорнии продемонстрировали, как размеры пор MOF позволяют добиться селективности в гетерогенных каталитических процессах.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja800669j

Исследователи начали свою работу с изучения свойств MOF – бензолтриттетразолята марганца [manganese benzenetristetrazolate (Mn-BTT)], материала, синтезированного в группе Лонга в 2006 году. Этот тип MOF был рекордсменом среди представителей своего класса по возможности хранения водорода, отчасти его высокая емкость обеспечивается двумя типами координационно-ненасыщеных ионов Mn²⁺, расположенных внутри пор каркасного материала.

Ионы Mn²⁺ представляют собой кислоты Льюиса, их положение позволяет взаимодействовать с молекулами гостей достаточно небольшого размера для того, чтобы проникать в поры каркаса. Исследователи предположили, что Mn-BTT может стать заменой цеолитам, микропористым гетерогенным катализаторам, эксплуатирующимся в промышленных масштабах.

Для доказательства своей идеи исследователи провели два типа реакций, катализирующихся кислотами Льюиса – цианосилилирование ароматических карбонильных соединений, приводящее к образованию цианогидринов, и альдольная конденсация Мукаямы (взаимодействие альдегидов с силил-еноловыми эфирами, приводящее к образованию β-гидроксикетонов).

Тестируемый на роль катализатора MOF повел себя так, как и предполагали исследователи. Например, цианосилилирование бензальдегида протекало практически полностью – что, безусловно, говорит о существенном увеличении выхода. С другой стороны, увеличение стерических объемов субстратов (переход от фенила к бифенилу) снижает выход каталитической реакции практически до нуля, возможно, благодаря тому, что более объемный субстрат не мог проникать в поры MOF и контактировать с ионами металлов.

По словам Лонга, использование MOF в катализе имеет огромный потенциал. Площадь поверхности этих материалов гораздо выше площади поверхности цеолитов, что приводит к увеличению удельной каталитической эффективности. Модификация мостиковых лигандов наряду с возможностью обмена ионов металлов, обеспечивает настройку свойств катализатора, которую невозможно организовать для химии цеолитов.

Источник: J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja800669j

метки статьи: #кинетика и катализ, #новые материалы, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров, #элементоорганическая химия