Miedziowy katalizator przyspiesza "click reactions"

Nowy heterogeniczny katalizator miedziowy zwiększa wydajność reakcji Huisgena 1,3-dipolarnej cykloaddycji azydków i alkinów, która jest stosowana w wielu syntezach chemicznych i należy do grupy tzw. „click reactions". Katalizator opracowali naukowcy z japońskiego instytutu badawczego RIKEN.

Termin „click reactions" odnosi się do reakcji określonych przez laureata nagrody Nobla K. Sharpless. Reakcje takie charakteryzują się modułowością, dużą wydajnością, stereospecyficznością i generują nieszkodliwe produkty uboczne. W dodatku musi ona odbywać się w łagodnych, nieskomplikowanych warunkach, gdzie jest ograniczona ilość rozpuszczalnika, lub nie ma go wcale, a na koniec łatwo daje się wyizolować produkt.

Katalizator heterogeniczny nie rozpuszcza się w środowisku reakcji, pozostaje w formie stałej wewnątrz naczynia reakcyjnego. Główną zaletą takich katalizatorów jest ich łatwość ponownego użycia poprzez filtrację otrzymanych produktów reakcji. Z kolei wadą jest mniejsze rozproszenie w mieszaninie reakcyjnej w porównaniu z katalizatorem homogenicznym, który jest w formie rozpuszczonej.

Naukowcy ominęli wadę katalizatorów heterogenicznych poprzez umieszczenie atomu miedzi w polimerze złożonym z dwóch części, jednej zbudowanej z izopropyloakrylamidu o właściwościach hydrofobowych i drugiej hydrofilowej. W efekcie materiał działa jak amfifilowa gąbka, do której wnętrza przenikają reagenty bez względu na ich hydrofobowość.

Drugi komponent polimerowy zbudowany z imidazolu, substancji o właściwościach donoru elektronów, stabilizuje i aktywuje miedź w reakcji cykloadycji. Jak twierdzą autorzy katalitycznej gąbki miedź reaguje w niej błyskawicznie przekształcając substraty w produkty przy równoczesnej regeneracji katalizatora.

Wydajność materiału jest najwyższa, jaką kiedykolwiek zaobserwowano dla „click reactions". Dotychczasowe materiały miały liczbę reakcji do czasu dezaktywacji katalizatora poniżej 1000, tutaj wynosi on 209 000. Również tzw. częstotliwość katalizatora była spora,wyniosła 6740 reakcji w ciągu godziny.

Katalizator ma mieć szerokie zastosowanie, m.in. w syntezie farmaceutyków i materiałów organicznych o wielu funkcjach. W kolejnym etapie prac naukowcy zamierzają umieścić katalizator w systemach przepływowych poprzez jego zakotwiczenie w pojemniku, przez który można byłoby pompować reagenty.

(pj)