Российские химики из Санкт-Петербургского государственного университета разработали катализатор на основе серосодержащих органических веществ. В этих соединениях сера проявляет свойства, характерные для металлов. Исследование, выполненное при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда, опубликовано в журнале The Journal of Organic Chemistry.
Традиционно в катализе используются соединения на основе катионов металлов, однако такие вещества, как правило, токсичны и не устойчивы к влиянию окружающей среды. Для их замены в настоящее время все более активно применяют органические вещества, которые устойчивы к окислению кислородом воздуха и к воздействию влаги. Кроме того, они более безопасны для окружающей среды и для человека, поэтому находят широкое применение в фармацевтической промышленности. Чтобы полностью уйти от использования в катализаторах катионов металлов, необходимо найти им замену. Для этого часто прибегают к использованию металлоидов, для которых характерны как металлические, так и неметаллические свойства. К металлоидам относятся некоторые халькогены (элементы 16 группы Периодической таблицы): селен, теллур, полоний. Тем не менее, соединения этих элементов часто токсичны и опасны. Несмотря на то, что было бы предпочтительнее получить катализаторы на основе других халькогенов (например, серы), до недавних пор это казалось невозможным.
Российским ученым удалось синтезировать органические серосодержащие соединения, в которых атом серы проявляет не типично неметаллические, а металлические свойства. Именно через атом этого элемента катализатор связывается с целевой молекулой и «активирует» ее, ускоряя тем самым превращение. Чтобы оценить каталитический потенциал синтезированного вещества, исследователи провели реакцию получения азотсодержащих соединений, на основе которых делают лекарства. Серосодержащий катализатор повышал скорость протекания такой реакции на порядок. При этом он был менее эффективен, чем такой же катализатор на основе селена, но показал себя лучше, чем соединение на основе теллура.
Сравнивая катализаторы на основе селена и серы, ученые пришли к выводу о том, что серосодержащие соединения все же предпочтительнее в промышленности. Это связано с тем, что они менее ядовиты и более безвредны для окружающей среды. Например, продуктами утилизации серосодержащих катализаторов станут сероводород и оксид серы, которые гораздо безопаснее аналогичных продуктов утилизации селенсодержащих веществ.
«Мы в своих исследованиях сосредоточены на том, чтобы заставить неметаллы вести себя как металлы. Такое расширение представлений о реакционной способности элементов периодической таблицы в будущем позволит отказаться от использования токсичных соединений и полностью перейти к широкому спектру экологически безопасных катализаторов. Это, несомненно, важно как для нашего, так и будущих поколений», — объяснил Дмитрий Болотин, руководитель проекта, доктор химических наук, доцент кафедры физической органической химии СПбГУ.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
