Химики-синтетики стоят на пути к революции в катализе, в том числе при синтезе лекарств. Им удалось получить стабильную форму N-гетероциклических карбенов – эти соединения могут заменить применяющиеся сейчас дорогостоящие металлокомплексные катализаторы и значительно удешевить промышленные процессы.
Каталитические процессы играют огромную роль в химической промышленности. Переработка нефти, синтез полимеров, получение лекарств – все сложные процессы протекают в присутствии катализатора – вещества, ускоряющего реакцию, но не входящего в состав продуктов реакции. Разработка новых катализаторов позволяет оптимизировать технологический процесс, сделать его менее энергозатратным и более экологичным.
Наверное, самым известным в мире является катализатор Циглера–Натта на основе солей переходных металлов. Его изобретение открыло путь к развитию различных полимеризационных процессов и получению полимеров высокого качества. В 1963 году Карл Циглер и Джулио Натта даже были удостоены Нобелевской премии по химии «За открытие изотактического полипропилена».
Не потеряли актуальности исследования каталитических процессов и в наши дни.
Одним из перспективных классов катализаторов на сегодняшний день являются карбены и их комплексы с металлами. Они катализируют большой класс органических реакций, в том числе при синтезе лекарств.
Карбенами называют нейтральные нестабильные частицы с двухкоординационным атомом углерода. Они проявляют высокую реакционную способность, сами по себе они чаще всего малоустойчивы и легко взаимодействуют с соединениями металлов. Именно в виде металлокомплексов они привычно используются в качестве катализаторов, например в реакциях метатезиса и кросс-сочетания. Однако на практике применяются комплексы карбенов с такими металлами, как родий, золото, рутений, платина и палладий. Они обладают очевидным недостатком – ценой. Благородные металлы – недешевые вещества, а учитывая расход катализаторов в тоннажных процессах, это повышает и цену конечного продукта.
Комплексы металлов с карбенами (в частности N-гетероциклическими карбенами) приходится использовать потому, что в изолированном виде эти соединения очень неустойчивы. Считалось, что стабилизировать такие соединения (содержащие пятичленный гетероцикл, куда входит два атома азота и один ненасыщенный атом углерода, находящийся между атомом азота и насыщенным атомом углерода – abnormal N-heterocyclic carbenes, aNHC) просто невозможно.
Профессор Гай Бертран и его коллеги из Университета Калифорнии справились с этой задачей. Результаты их работы публикует Science.
Общий вид aNHC, синим показаны атомы азота, фиолетовым – карбениевый атом углерода, серым – обычные атомы углерода// Bertrand lab, UC Riverside
«Многие вещества считаются нестабильными, потому что их строение не удовлетворяет правилам, которые мы учили в школе.
Однако подобные концепции неоднократно опровергались, и дело любого ученого – бросить вызов «невозможному». Нам удалось достичь успеха в синтезе стабильных аномальных N-гетероциклических карбенов», – заявил профессор Бертран. Новое вещество стабильно при комнатной температуре как в твердой фазе, так и в растворе, поэтому круг его применения в качестве катализатора, не содержащего металлов, может быть чрезвычайно широким.
Авторы исследования предполагают, что обнаружение этого вещества сможет перевести в ранг промышленных многие эффективные, но слишком дорогостоящие лабораторные реакции, в том числе в фармацевтической промышенности.
В завершении хочется отметить, что важность исследований в области катализаторов, в частности производных карбенов, не подлежит сомнению. В 2005 году Нобелевская премия по химии была присуждена Роберту Граббсу, Ричарду Шроку и Иву Шовену «За вклад в развитие метода метатезиса в органическом синтезе». Катализатор Граббса как раз представляет собой рутениевый комплекс N-гетероциклического карбена.
http://www.gazeta.ru/science/2009/10/24_a_3276480.shtml |
