С реакции окисления сульфидов до сульфоксидов начинаются многие процессы в фармацевтике, поскольку сульфоксидные фрагменты входят в состав целого ряда природных биологически-активных веществ, используемых на начальном этапе синтеза лекарств. Новые субфталоцианины проявили выдающуюся фотостабильность в присутствии кислорода в органических растворителях, что позволяет использовать этот класс соединений как катализаторы для гомогенного окисления различных субстратов.
Макрогетероциклические соединения (порфирины, фталоцианины и их гибриды) – популярные у исследователей искусственные фотосинтетические материалы. Эти виды соединений поглощают свет в видимом или красном диапазоне, обладают высокими значениями молярного коэффициента поглощения и способны к генерации активных форм кислорода. Они уже давно привлекают к себе внимание в качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии, тераностики, катализа, компонентов органической электроники и супрамолекулярной архитектоники.
Широкий спектр возможных подходов к функционализации этих макрогетероциклов позволяет тонко управлять их физико-химическими свойствами и получать целевые фотоактивные материалы.
Субфталоцианины – это соединения, содержащие в своем цикле три пиррольных фрагмента. Они способны интенсивно поглощать свет в видимой области.
«Это первый пример использования соединений субфталоцианинового ряда в фотокатализе, – отметил доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН Кирилл Бирин. – Оказалось, что несмотря на достаточно экзотическое строение, высокая фотостабильность и эффективность генерации активного синглетного кислорода делают эти соединения привлекательными перспективными фотосенсибилизаторами. Созданный в рамках этой работы задел будет обязательно изучаться далее, и мы с коллегами уже наметили план таких исследований».
Поскольку в фотокатализе используются солнечная энергия и кислород воздуха, его можно отнести к экологически чистым процессам. При помощи катализатора под действием света молекулярный кислород воздуха переходит в так называемые активные формы кислорода. При этом не применяются токсичные металлосодержащие окислители или коррозионно-активные надкислоты.
Одним из важных показателей катализатора является его селективность, то есть способность поддерживать одну целевую реакцию при нескольких возможных.
«Полной конверсии субстрата удалось добиться при добавлении экстремально малого количества катализатора, – объяснил Кирилл Бирин. – Различные функциональные фрагменты в субстрате – ароматический, или атом хлора, или аллильная группа – могут снижать реакционную способность субстратов, однако во всех случаях наблюдалась высокая селективность образования сульфоксида на уровне 97-98 процентов. При этом полная конверсия может быть достигнута путем увеличения количества катализатора».
Реакция происходила под действием маломощного источника видимого света (светодиодная лампа 3 Вт), что делает данный катализатор не только экологичным, но и энергоэффективным.
«В дальнейших исследованиях необходимо изучить влияние структуры фотокатализатора на его эффективность и стабильность, чтобы сформулировать требования для коллег, которые занимаются синтезом, – подвел итог Кирилл Бирин. – Субфталоцианины имеют большие перспективы для создания на их основе гибридных каталитических материалов».
Фотокатализ – изменение скорости химических реакций или их возбуждение под действием веществ-катализаторов, которые активируются при облучении квантом света. Катализаторы участвуют в промежуточных реакциях, но не входят в состав конечных продуктов. Всем известный пример фотокатализа – фотосинтез, реакция, при которой шесть молекул углекислого газа СО2 и шесть молекул воды под действием света в присутствии катализатора – хлорофилла превращаются в глюкозу C6H12O6 c выделением шести молекул кислорода.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант No. 23-73-01234).
По материалам:
Monomeric and Dimeric Boron (III) Subphthalocyanines Functionalized with 4-Hydroxy-Benzoic Acid as Potential Photosensitizers and Photocatalysts in Sulfoxidation. Ivan A. Skvortsov, Elizaveta O. Filatova, Kirill P. Birin, Aleksandr A. Kalyagin, Alexey E. Chufarin, Daria A. Lapshina, Evgeny V. Shagalov, and Pavel A. Stuzhin. ChemPlusChem, 2024, e202400319. DOI: 10.1002/cplu.202400319.
В других источниках:
Сетевое издание Naked Science. Новости ИФХЭ РАН 07/10/2024