Догнать и перегнать: ученые СПбГУ нашли способ сделать «слабые» катализаторы наиболее активными

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) сравнили активность девяти типов катализаторов, содержащих галогены, халькогены или пниктогены. Сначала авторы рассчитали для каждой молекулы электростатический потенциал — заряд, распределенный по ее поверхности и позволяющий взаимодействовать с другими веществами. Оказалось, что наибольшим значением обладали соединения галогенов, а наименьшим — соединения пниктогенов. В качестве модельных превращений использовались две наиболее часто встречающиеся при синтезе органических соединений реакции.

Наибольшая активность наблюдалась у иодсодержащего катализатора, поскольку эта молекула обладала наибольшим поверхностным зарядом на центральном атоме. Однако расчеты показали, что в определенных случаях соединения пниктогенов и халькогенов могут достичь той же активности и даже превзойти ее. Для этого нужно, чтобы у элемента было правильное химическое окружение, например, ароматические кольца из атомов углерода — простые и доступные для присоединения химические группы. Такое «соседство» перераспределяет заряд на поверхности молекулы и благодаря этому помогает атомам эффективнее взаимодействовать с нужными компонентами, образовывать стабильные переходные комплексы и тем самым ускорять превращение.

«За последние десять лет уже сменилось несколько поколений органических катализаторов. Наша работа не только впервые позволила сравнить активность различных органокатализаторов последнего поколения, но и помогла обнаружить важные факторы, позволяющие еще больше увеличить их активность», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Болотин, доктор химических наук, профессор кафедры физической органической химии СПбГУ — «В дальнейшем мы планируем получать органические катализаторы, содержащие хиральные группы (те, которые не совпадают со своим зеркальным отражением), чтобы вовлекать их в асимметрический катализ. Это позволит применять их при производстве широкого спектра биологически активных соединений. Для начала необходимо решить более фундаментальную задачу — выбрать наиболее эффективные каталитические центры, чтобы уже затем «пришить» к ним хиральные группы».