Благородные металлы оправдали свою цену в органическом синтезе
Химики доказали, что, вопреки распространенному мнению, замена дорогостоящих благородных металлов, используемых для ускорения химических реакций, на дешевые аналоги может увеличить, а не уменьшить стоимость конечного продукта. Это заключение позволит избежать безосновательного отказа от эффективных платиновых катализаторов, с помощью которых синтезируют большинство лекарств и многие полимеры.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Organometallics. При создании большинства медицинских препаратов, а также «умных» полимеров, применяемых, например, для доставки лекарств, химики часто используют катализаторы, содержащие благородные металлы платиновой группы. Помимо платины, к ним относятся рутений, родий, палладий, осмий и иридий. Однако в последнее время ученые пытаются заменить их на более распространенные и дешевые аналоги, например, марганец, кобальт и никель.
Необходимость такой замены часто объясняют тем, что мировые запасы благородных металлов ограничены, к тому же их стоимость высока. Однако при внимательном анализе эти опасения оказываются сильно преувеличенными. Риск истощения ресурсов благородных металлов в ближайшие 100 лет незначителен, особенно по сравнению с перспективой исчерпания запасов доступной нефти. Кроме того, в синтезе, помимо благородных металлов, используются и другие вещества, поэтому не факт, что цена зависит именно от металла.
Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва) проанализировали вклад различных компонентов, используемых в химическом синтезе, в стоимость получаемого продукта. Для этого авторы сравнили затраты на проведение шести различных химических реакций, в которых из одинаковых исходных веществ образуется одно и то же соединение — изохинолон. Эта органическая молекула входит в состав ряда флуоресцентных материалов и биологически активных молекул, а потому представляет интерес для молекулярной биологии, химии и медицины.
Три из исследованных реакций требуют участия катализаторов на основе благородных металлов — палладия, родия и рутения. Еще две протекают в присутствии более дешевых никеля и кобальта, и оставшаяся — без использования металлов. При расчете стоимости каждого превращения авторы учитывали цену исходных реагентов, металлов, а также лигандов — своего рода добавок, входящих в состав катализаторов.
Анализ показал, что превращение, в котором используется родий, всего на 50 процентов дороже того, в котором требуется катализатор на основе кобальта. При этом металлический родий примерно в 8000 раз дороже, чем металлический кобальт. В химическом синтезе столь значительная разница в цене становится практически незаметной потому, что металлы используются в малых количествах (порядка одного процента от массы всех используемых веществ). В результате, согласно расчетам, цена на исходные металлы составляет всего 10–30 процентов от общей стоимости реакции, а основные затраты (70–90 процентов) оказались связаны с органическими реагентами. Это означает, что даже полная замена дорогостоящих благородных металлов на дешевые аналоги будет незначительно влиять на себестоимость процесса.
Интересно, что использование катализаторов на основе дешевых металлов может даже непреднамеренно увеличить цену производства, если при этом увеличится расход других — более дорогих — реагентов. Такая ситуация, в первую очередь, может возникнуть на заключительных стадиях синтеза сложных лекарственных молекул, поскольку себестоимость реагентов уже высока за счет того, что для их получения потребовалось нескольких предшествующих реакций.
«Результаты анализа показывают, что стоимость химического превращения зависит в первую очередь от органических реагентов, а не катализаторов. Поэтому некорректно аргументировать отказ от использования благородных металлов в составе катализаторов лишь их дороговизной. Наша работа подчеркивает, что ученые должны реалистично оценивать разные факторы для достижения максимальной эффективности. В дальнейшем мы планируем проверить наши выводы на более широком круге химических реакций», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Перекалин, доктор химических наук, заведующий лабораторией функциональных элементоорганических соединений Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно