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 В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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