Российские ученые синтезировали на основе полимерных наночастиц и палладия стабильный катализатор, который можно применять для ускорения каждой пятой реакции в медицинской химии. Система препятствует объединению металлических частиц в неактивные агрегаты. Кроме того, новый катализатор, в отличие от большинства других, можно использовать повторно, что делает его дешевле и безопаснее для окружающей среды. Статья опубликована в журнале Molecules.
Палладий — благородный металл, способный ускорять разные химические реакции. Его используют в процессе производства и очистки нефтепродуктов, а также при синтезе материалов на основе пластика. В медицинской химии 17% всех реакций, предшествующих созданию лекарств, осуществляются с использованием палладиевых катализаторов. Единственный недостаток такого катализатора в том, что в растворе частицы палладия слипаются, образуя крупные конгломераты.
Чтобы решить эту проблему, ученые из Химического института имени А.М. Бутлерова и Института органической и физической химии имени А.Е. Арбузова нанесли палладий на полимерные органические наночастицы. В качестве основы для наночастиц химики взяли поверхностно-активные соединения, содержащие два типа функциональных групп — карбеновые лиганды, способные соединяться с палладием и стабилизировать его, и азидные/алкинильные фрагменты, благодаря сшиванию которых между собой молекулы собираются в полимерные наночастицы. Самосборка и сшивка соединений проходила в водном растворе, после чего к полимерному продукту добавляли соль палладия и аскорбиновую кислоту. В таких условиях ионы металла оседали на полимерную подложку и, восстанавливаясь, формировали на их поверхности нанокластеры.
Для проверки новой системы исследователи провели модельную химическую реакцию восстановления пара-нитрофенола в воде. Оказалось, что расположенные на полимерной поверхности нанокластеры палладия на порядок ускорили химическую реакцию по сравнению со свободными палладиевыми частицами. Это можно объяснить тем, что носитель, по поверхности которого равномерно распределен палладий, не давал металлу образовать неактивные конгломераты.
Также ученые продемонстрировали возможность повторно использовать катализатор до пяти циклов без потери активности.
«В данной работе мы показали, что полимерные наночастицы в качестве носителя позволяют стабилизировать нанокластеры палладия и не дают им слипаться. Благодаря этому предложенная система позволит эффективно ускорять многие каталитические реакции, а также экономить реагенты в связи с возможностью многократного использования. В дальнейшем мы планируем расширить круг используемых металлов, а также протестировать полученные каталитические системы в реакторах проточного типа», — рассказывает соавтор исследования Владимир Бурилов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
