Химики узнали вероятный механизм протекания реакции, важной для создания наиболее эффективных лекарств
Ученые РХТУ имени Д. И. Менделеева в сотрудничестве с коллегами из Университета города Лидс смогли выявить вероятный механизм гидрирования бензальдегида с переносом водорода с использованием комплексных соединений, а также причину, почему гомогенный катализатор проявляет большую активность, чем иммобилизованный. Исследование позволит химикам оптимизировать условия протекания реакции, которая имеет большое значение для фармацевтической промышленности, особенно для синтеза хиральных соединений. Именно такие соединения позволяют создавать наиболее эффективные и безопасные лекарства.
Гидрирование с переносом водорода — важная реакция органического синтеза, в которой происходит восстановлении двойных связей С=O и C=N за счет переноса водорода от соединения-донора, отличного от молекулярного H2. Такая реакция служит для получения спиртов и аминов и имеет большое значение для фармацевтической промышленности, особенно для синтеза хиральных соединений. Эти соединения позволяют создавать более целевые, эффективные и безопасные лекарства.
Статья ученых опубликована в Journal of Physical Chemistry A Американского химического сообщества. Эта работа – плод сотрудничества группы ученых с кафедры ИКТ с группой профессора Дж. Блэкера из Университета города Лидс (Великобритания), с которым несколько лет назад был выигран грант Institutional Links от Британского Совета. От кафедры в работе участвовали доцент Митричев Иван и аспирант Васильев Михаил под руководством зав. кафедрой ИКТ профессор Кольцовой Элеоноры. Британская сторона проводила каталитический эксперимент, а российская — расчеты.
В качестве донора водорода и растворителя использовался изопропиловый спирт. Методом теории функционала электронной плотности (DFT) изучены три возможных пути или механизма протекания реакции гидрирования: механизм внутренней сферы (IS), механизм внешней сферы (OS) и механизм Меервейна–Пондорфа–Верлея (MPV). Переходные состояния реакций находили методом натянутых резинок (NEB-TS). Этот метод позволил обнаружить наиболее вероятные низкоэнергетические пути протекания реакции по каждому механизму. Расчеты проводились с использованием вычислительных кластеров РНИМУ имени Н.И. Пирогова «Алдан-3» и РХТУ имени Д. И. Менделеева в программе Orca.
В результате первой части работы выявлено, что механизм внутренней сферы значительно предпочтительнее других механизмов реакции. Для того чтобы проводить подобные процессы непрерывно, удобно использовать иммобилизованный катализатор. Поэтому, далее была экспериментально изучена кинетика протекания реакции в периодическом реакторе на гомогенном катализаторе [Cp*IrCl2]2 и иммобилизованных на смоле Ванга комплексах Cp*Ir. Оказалось, что реакция на иммобилизованном катализаторе идет значительно медленнее.
Поэтому, во второй части работы целью стало объяснить различие в скорости реакции на гомогенных и иммобилизованных комплексах. Для этого ученые разработали математическую модель с учетом возможных ограничений массопереноса для иммобилизованного катализатора. Была построена микрокинетическая модель – многостадийная модель химической кинетики из элементарных стадий, основанная на DFT-расчетах. Ее дополнили реакциями активации и дезактивации катализатора. Кинетические параметры последних реакций и доля активных частиц иридия подобрали с использованием программы mech_optimiz, так чтобы предсказываемая моделью конверсия бензальдегида как можно лучше совпадала с экспериментальной.
Результаты расчетов показали, что диффузионное лимитирование не характерно для экспериментальных условий. Причина сниженной активности иммобилизованного катализатора заключается в том, что только около четверти иммобилизованных комплексов Ir участвует в реакции. Возможной причиной этого, как показал расчет, является слишком высокая концентрация комплексов на поверхности смолы Ванга, что приводит к димеризации и спутыванию мостиков-линкеров, связывающих активный центр и смолу.
Также проведенный анализ микрокинетической модели показал, что активность иммобилизованного катализатора зависит от концентрации катализатора в состоянии гидрида в момент реакции и концентрации основания. Исследование ученых — один из редких примеров применения метода микрокинетического моделирования в жидкофазном гомогенном катализе.
Telegram 
Дзен 
VK 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.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
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.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
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