Цинк может успешно заменить дорогой палладий в органическом синтезе для получения новых соединений

| 709

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Франции, из Университета Нанта, предлагают заменить дорогостоящие катализаторы на основе палладия, использующиеся в органическом синтезе при получении новых соединений, на гораздо более доступный цинк. В ходе экспериментов исследователям удалось провести реакции с использованием цинк ацетата в соответствии с концепцией «Зеленой химии». В качестве растворителя использовалась вода, а в результате реакции не образовывалось токсичных отходов. Работа ученых двух стран поддержана совместным грантом Российского фонда фундаментальных исследований и Национального центра научных исследований Франции (18-53-15007).

Фото: Марина Трусова

Отметим, за работы по созданию палладиевых катализаторов в органическом синтезе в 2010 году была присуждена Нобелевская премия. Ее получили Ричард Хек, Эйити Негиси и Акира Сузуки. Именем лауреатов были названы важнейшие реакции, в которых задействован палладиевый катализатор. И сейчас область палладиевых катализаторов бурно развивается. Однако у них есть существенный недостаток — высокая цена. В России один грамм качественного ацетата палладия стоит порядка 10 000 рублей.

«Наша идея — заменить палладий на более доступный металл. Мы остановились на цинке. Цена одного грамма цинкового катализатора — цинк ацетата — в России составляет порядка ста рублей», — говорит заместитель директора по развитию Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова

В своих экспериментах ученые используют цинк ацетат взамен ацетата палладия вместе с другим ноу-хау томских политехников — солями диазония.

Это органические азотсодержащие соединения. Обычно они неустойчивы, не могут сохраняться длительное время ни в водных растворах, ни в твердом состоянии, однако ученым Томского политеха удалось получить стабильные и безопасные соли диазония.

«В классической реакции Сузуки новая углерод-углеродная связь образуется в результате взаимодействия борной кислоты и ароматических галогенидов. Палладий ацетат выступает катализатором, а вся реакция проходит в спиртовой среде или в другом органическом растворителе. В качестве побочного продукта получаются токсичные галогенпроизводные соединения. Используя арендиазоний тозилаты, мы смогли провести реакцию в воде — это экологически чистый растворитель. В таких условиях цинк ацетат показал высокую каталитическую активность. При этом мы не получили токсичных побочных продуктов, а сам цинк ацетат легко удалили из полученного продукта. В целом цинк ацетат без проблем утилизируется методом растворения в воде», — поясняет  Марина Трусова.

Российские ученые проводят исследования в «привычных» условиях — реакции протекают в колбе. Задача французских коллег под руководством профессора Университета Нанта Фелпина Француа-Ксавье — адаптировать методику под проточный синтез (flow-chemistry).

«Профессор Фелпин — видный специалист в области трендового направления в химии — проточного синтеза, когда реакционная масса находится не в колбе, а идет под большим напором по реактору. Внешне это выглядит как тонкая трубка. И при смешении двух потоков, двух растворов, реакция происходит очень эффективно», — отмечает ученый.

По словам авторов исследования, разработанные методики расширят возможности применения солей диазония, а также помогут развивать более экологичные технологии в органическом синтезе, в том числе и в фармацевтической промышленности.

Справка:

«Зеленая химия» — это принципиально новый подход к сокращению или полному отказу от использования опасных и токсичных химических веществ в химической промышленности. Главная задача ученых — заменить вредные и нередко дорогие компоненты химической продукции на безопасные и экономически доступные вещества. Ученые Томского политехнического вместе со своими коллегами из разных стран разрабатывают фундаментальные основы для таких «зеленых» технологий, позволяющих сделать производство различной химической продукции более чистым и дешевым.

В рамках этой концепции в вузе действует международный сетевой центр «Химия будущего». Центр объединяет специалистов из России, США, Великобритании, Бельгии, Франции.

ТПУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.

Персоны