Niedroga synteza związków organicznych
Katalizatory metalowe do produkcji związków z zawartością węgla stanowią ważny filar chemii organometalicznej. Trwają prace nad zamianą cennych metali na powszechniejsze i tańsze katalizatory. Obiecującym kandydatem jest żelazo.
Stosowanie wartościowych metali, jak pallad, złoto, iryd i rod w roli
katalizatorów pozwoliło uzyskać ogromne postępy w dziedzinie syntezy
organicznej. Metale te jednak należą do najrzadziej występujących i
najdroższych pierwiastków na ziemi. Innym metalem wykorzystywanym w
niektórych reakcjach jest cyna, która jest jednak toksyczna i z
perspektywy środowiskowej może być szkodliwa.
Chemia organiczna może skorzystać, biorąc przykład z przyrody w
procesie tworzenia cząsteczek poprzez wykorzystanie reaktywności
powszechniej występujących metali do produkcji związków z zawartością
węgla. W ramach finansowanego przez UE projektu "Redox ligands and iron
complexes for sustainable catalysis" (FESUSTCAT) przyjrzano się
katalizatorom na bazie żelaza w kilku ważnych typach reakcji.
Związki sklasyfikowane jako heterocykliczne, cykliczne i zawierające
dwa lub więcej typów atomów, są przypuszczalnie największą i
najbardziej zróżnicowaną klasą związków organicznych. Naukowcy zbadali
aktywność znanego katalizatora żelazowego w reakcjach cykloizomeryzacji,
w których jeden związek przekształcany jest w inny zawierający te same
atomy, jednak w innym rozmieszczeniu. Opracowali także szereg
nowatorskich katalizatorów na bazie żelaza i scharakteryzowali ich
aktywność w cykloizomeryzacji.
Powstały metody pozwalające wykorzystać nowatorskie katalizatory na
bazie żelaza w reakcjach redukcyjnej cyklizacji rodnikowej i addycji
rodnikowej z przeniesieniem atomu. Cyklizacja rodnikowa to powstawanie
struktur cyklicznych za pośrednictwem wysoce reaktywnych półproduktów
wolnych rodników. Addycja rodnikowa z przeniesieniem atomu to sposób na
kształtowanie wiązań węglowo-węglowych z użyciem katalizatora
metalowego. Oba typy reakcji mają zastosowanie w przemyśle. Naukowcy
zademonstrowali, że żelazo jest obiecującym i nieszkodliwym dla
środowiska wymiennikiem pozostawiającej toksyczne pozostałości cyny w
reakcjach wolnorodnikowych.
Zwiększyli także ogólne zrozumienie warunków reakcji, ukazując
korzyści zastosowania katalizatorów na bazie żelaza. Przyszłe
wykorzystanie żelaza może zwiększyć bezpieczeństwo i obniżyć koszty
metod syntetyzowania związków heterocyklicznych, co przyniesie ważne
korzyści gospodarce UE.
opublikowano: 2015-03-17