Профессор Цзянь Хэ с факультета химии Гонконгского университета (HKU) возглавил исследовательскую работу, направленную на революцию в органическом синтезе. Его исследовательская группа успешно разработала новый гетерогенный медный фотокатализатор, который позволяет эффективно формировать циклобутановые кольца, важнейший структурный элемент в огромном количестве биоактивных молекул.
Циклобутановые кольца широко используются в фармацевтических препаратах, натуральных продуктах и различных биологически активных соединениях. Позволив исследователям легко и выборочно создавать эти кольца, команда профессора Хе получила больший контроль над синтезом этих жизненно важных молекул. Результаты исследования недавно были опубликованы в журнале Nature Catalysis.
В последние два десятилетия фотокатализаторы видимого света использовались для проведения таких преобразований посредством фотохимического [2+2] циклоприсоединения; однако область применения их субстратов ограничена. Более того, существующие фотокаталитические системы часто основаны на гомогенных катализаторах из драгоценных металлов, что создает проблемы при вторичной переработке катализаторов и препятствует крупномасштабному органическому синтезу.
Решая эти ограничения, профессор Хе и его команда разработали инновационный гетерогенный медный фотокатализатор . Этот катализатор эффективно облегчает процессы переноса энергии для ряда межмолекулярных скрещенных [2+2] циклоприсоединения, в том числе тех, которые ранее были недоступны в обычном гомогенном фотокатализе. Эта новая реакционная система обладает превосходной стабильностью катализатора и возможностью вторичной переработки, а также не использует драгоценные металлы, что делает ее более экономически и экологически устойчивой.
Профессор Хе выразил большой энтузиазм по поводу потенциального влияния этого открытия, заявив: «Наш новый гетерогенный медный фотокатализатор открывает новые возможности для синтеза биоактивных молекул с повышенной эффективностью и селективностью. Устраняя зависимость от драгоценных металлов и улучшая возможность вторичной переработки катализатора, мы решили проблему критические проблемы в крупномасштабном органическом синтезе , открывающие путь к более устойчивому и экономически жизнеспособному химическому производству».
Ключевые результаты
В этом исследовании команда разработала особый вид медного фотокатализатора, который может помочь более эффективно создавать молекулы циклобутана. Они успешно получили стабильный гетерогенный триплетный фотосенсибилизатор меди путем конструирования бинарно-лигированных гетеролептических комплексов меди(I) в порах металлоорганических каркасов (МОФ) на основе циркония.
При гетерогенизации реакционноспособные формы меди(I) в фотовозбужденных состояниях демонстрируют повышенные энергии перехода и время жизни, что важно для повышения каталитической эффективности в опосредованных переносом энергии [2+2] циклоприсоединения стирола с различными олефинами, включая электронодефицитные. алкены.
В отличие от соответствующих гомогенных медных фотокатализаторов, медный фотокатализатор на носителе MOF демонстрирует высокую стабильность и каталитическую активность и может подвергаться многократной переработке без разложения катализатора.
Эта работа обеспечивает общий и междисциплинарный подход к разработке высокореактивных медных фотокатализаторов для широкого спектра практических органических реакций и может помочь сделать процесс производства разнообразных биологически активных соединений более простым и эффективным в будущем.
