Новости химической науки > Самоорганизующийся медьсодержащий полимер для click-реакций

Не так уж много открытых в последнее время реакций оказались столь полезными и столь многогранными, как катализируемая медью реакция Хьюсгена – 1,3-диполярное циклоприсоединение азидов к алкинам. Эта трансформация также известна, как «click»-реакция.

Последнее название появилось благодаря тому, что реакция представляет собой надежный и доступный способ взаимодействия, благодаря которому объединить азидный фрагмент и алкин также просто, как сделать клик компьютерной мышкой. Этот метод используется во многих областях науки о материалах или биомедицины – везде, где следует быстро и эффективно объединить два молекулярных фрагментов.

Для модификации реакции Хьюсгена Йочи Ямада (Yoichi Yamada), Шахин Саркар (Shaheen Sarkar) и Ясухиро Узуми (Yasuhiro Uozumi) разработали новый тип гетерогенных медьсодержащих катализаторов. Этот тип может еще в большей степени повысить эффективность «click»-реакций.

Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (22), 9285; DOI: 10.1021/ja3036543

Преимущество гетерогенного катализатора заключается в том, что он не растворяется в реакционной смеси, и, хотя катализ протекает только на поверхности такого катализатора, после проведения реакции его можно отделить от реакционной смеси, в том числе и для повторного применения, с помощью простого фильтрования. Тем не менее, серьезной проблемой гетерогенного катализатора является то, что он в меньшей степени диспергирован по реакционной смеси, чем гомогенный катализатор, что, естественно, замедляет каталитическую реакцию.

Исследователи из группы Ямады решили проблему, внедрив медь в самоорганизующийся двухкомпонентный полимер. Основу полимерной цепи составляет изопропилакриламид, представляющий собой бифильное соединение с гидрофильным и гидрофобным фрагментами – материал на основе этого полимера играет роль «амфифильной губки» – он набухает как в гидрофильных, так и гидрофобных реагентах и субстратах.

Вторым компонентом полимера является имидазол – электронодонорный материал, способный стабилизировать и активировать медь, увеличивая ее каталитическую активность в «click»-реакции. Каталитически активные центры меди в полимерной губке обеспечивают протекание реакции, при этом новый материал проявляет самую высокую каталитическую активность, о которой до настоящего времени сообщалось для гетерогенного катализатора.

Наиболее эффективный к настоящему времени гетерогенный катализатор подобной реакции характеризовался тем, что до дезактивации мог совершить не более тысячи оборотов каталитического цикла, в то время как число оборотов новой системы составляет 209000. Каталитическая активность новой системы тоже достаточно высока – частота обращения катализатора равна 6740.

Ямада утверждает, что возобновляемый катализатор сможет найти применение во многих областях – синтез фармакологически активных соединений или органических функциональных материалов. В ближайшем будущем исследователи планируют инкорпорировать новый катализатор в проточную систему синтеза, где катализатор будет иммобилизован на картридже-фильтре, через который будет непрерывно подаваться раствор реагентов и субстрата, а на выходе из реактора непрерывно будет образовываться продукт.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (22), 9285; DOI: 10.1021/ja3036543

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #химия полимеров, #элементоорганическая химия