Новый фотокатализатор обеспечивает эффективное восстановление эфиров с помощью синего света

Сладкий запах клубники и других фруктов обусловлен химическим соединением под названием сложный эфир, который также содержится во многих жирах и полиэфирах. Это вездесущее соединение можно расщепить и получить желаемые спирты и другие химические вещества для использования в различных отраслях промышленности, включая фармацевтику и косметику, но этот процесс может быть дорогостоящим как с финансовой точки зрения, так и с точки зрения окружающей среды.

Теперь группа исследователей из Национального института естественных наук (NINS) в Японии разработала новый подход, использующий свет в качестве источника энергии. Свои выводы они опубликовали 14 июня в журнале Журнал Американского химического общества.

Сделав, казалось бы, нелогичный шаг: чтобы разрушить (или восстановить, в химическом смысле) сложные эфиры, ученые на самом деле добавляют к соединению электроны. Добавление электронов заставляет группы, составляющие сложный эфир, восстанавливаться до более основных компонентов. Обычные методы восстановления сложных эфиров требуют избыточного количества высокореактивных и труднообрабатываемых металлических восстановителей.

Теперь исследователи изучают возможность использования экологически чистых фотокатализаторов. Известно, что фотокатализаторы или катализаторы, которые активируются при возбуждении светом, способствуют процессу переноса электронов между катализатором и органическими соединениями без использования высокореакционноспособных металлов-восстановителей.

Обычные фотокатализаторы, включающие дорогие и невозобновляемые благородные металлы, уменьшают количество органических соединений и обычно добавляют к соединениям только один электрон. Этот процесс, называемый одноэлектронным переносом (SET), должен происходить несколько раз, пока не будет добавлено желаемое количество электронов для достижения целевого восстановления сложных эфиров.

«В течение последнего десятилетия фотокаталитические реакции привлекли значительное внимание как желательные методы, подходящие для достижения Целей устойчивого развития ООН (ЦУР) в органическом синтезе», — сказал соавтор Синтаро Окумура, доцент Института молекулярных наук (IMS). ) НИНС.

«Фотокатализаторы способствуют окислительно-восстановительным реакциям, используя видимый свет в качестве источника энергии в отсутствие металлов-восстановителей. Однако фотокаталитические реакции посредством процесса многоэлектронного переноса менее развиты, поэтому фотокаталитическое восстановление сложных эфиров с образованием спиртов, для которого требуется четыре электрона, осталось неразвитым. Фотокаталитическое восстановление сложных эфиров с образованием спиртов является сложной задачей, поскольку требует беспрецедентного последовательного четырехкратного процесса SET», — сказал Окумура.

Чтобы реализовать этот четырехкратный процесс SET, исследователи разработали новый фотокатализатор, который они назвали «N-BAP». При облучении синим светом фотокатализатор инициирует реакцию с образованием химической группы, которая реагирует с водой, и второй химической группы на основе углерода. С добавлением оксалата, отрицательно заряженной молекулы, широко встречающейся в природе, в результате реакции можно быстро добавить четыре электрона, что приводит к образованию желаемых спиртов.

«Сочетание катализатора N-BAP с оксалатом в качестве бесследового восстановителя позволяет быстро последовательное четырехэлектронное восстановление сложных эфиров с образованием анионов карбинола с последующим протонированием с образованием спиртов», — сказал Окумура.

«Эта работа может проложить путь к новой трансформации сложных эфиров и, как ожидается, внесет вклад в устойчивое общество в качестве зеленого органического синтеза, подходящего для достижения ЦУР».