Срок службы катализаторов увеличивается

Гомогенный металлокомплексный катализ мог бы стать замечательным методом «зеленой химии» – теоретически катализатор можно использовать многократно благодаря тому, что в процессе катализа катализатор не расходуется.

Однако на практике выделение всего катализатора без остатка из реакционной смеси после протекания реакции затруднено, поэтому раз за разом при последовательном осуществлении каталитического процесса происходит постепенная потеря катализатора.

Благодаря результатам работы исследователей из группы Ясухиро Уозуми (Yasuhiro Uozumi) теперь химики могут сохранять, извлекать и повторно использовать металлокомплексные катализаторы, захватывая их с помощью полимерной матрицы.

Связывание металлокомплексного катализатора с нерастворимой полимерной подложкой, которую можно удалить после окончания реакции с помощью простого фильтрования является далеко не новой идеей. Уже разработан ряд методов, позволяющих прививать металлокомплексные катализаторы к полимерным смолам, однако из таких систем металл также вымывается, поэтому и такие системы постепенно теряют активный катализатор (хотя, справедливости ради, в этом случае катализатор теряется медленнее, чем для систем, основанных на традиционном металлокомплексном катализе).

Подход, который использовал Ямада для того, чтобы осуществить прочную интеграцию металлокомплекса с полимерной матрицей, отличался от традиционных тем, что в качестве исходного исследователи вместо малорастворимой смолы применили растворимый полимерный материал. Полимер содержал имидазольные фрагменты, которые прочно связывались с палладием. Нерастворимый материал образуется только после добавления палладия к реакционной смеси – имидазольные фрагменты самоорганизуются вокруг ионов палладия – такой процесс называется молекулярной конволюцией.

С помощью сканирующей электронной микроскопии было установлено, что диаметр полимерных глобул лежит в пределах от 100 до 1000 нм, глобулы представляют собой высокопористую губкоподобную структуру. По словам Ямады, такой пористый нерастворимый в органических растворителях материал, способный поглощать субстраты, содержащиеся в растворе, которые вступают в реакции, катализируемые атомами палладия.

Исследователи продемонстрировали, что катализатор отличается как высокой активностью, так и высокой способностью к рециркуляции; полученная система представляет наиболее высокой каталитической эффективностью в реакциях аллильного арилирования. Также было продемонстрировано, что катализатор может быть несколько раз использован повторно без потери активности, при этом палладий не покидал «полимерную губку» и не вымывался в реакционную смесь.