Российские химики выявили выдающуюся фотокаталитическую активность порфолактонов
Сотрудники Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) обнаружили, что порфолактоны — аналоги порфиринов — обладают исключительной фотокаталитической активностью, что предполагает возможность их использования в качестве фотокатализаторов для окисления органических сульфидов.
В последние десятилетия ученые все чаще отдают предпочтение методам «зеленой химии», одним из направлений которой является фотокатализ. При разработке новых методов органического синтеза, в частности, окислительных трансформаций, большое значение придается использованию возобновляемых или неисчерпаемых общедоступных ресурсов, таких как свет и кислород воздуха, что позволяет отказаться от дорогостоящих или токсичных химических окислителей.
Порфирины — это природные или синтетические молекулы, состоящие из четырех пиррольных колец, объединенных в единый цикл. Электроны в порфириновом цикле образуют единую сопряженную систему, что определяет их уникальные физикохимические свойства. Благодаря своему строению порфирины обладают способностью к фотовозбуждению и передаче энергии или электронов малым молекулам, например, молекулярному кислороду, что приводит к его активации. Активные формы кислорода являются сильными окислителями, позволяющими селективно проводить реакции окисления со значительно большим выходом целевого продукта, чем это удается делать с помощью химических окислителей.
«Наша научная группа давно занимается исследованием корреляций между строением тетрапиррольных макроциклов и их фотокаталитическими свойствами. Мы заметили, что расширение ароматической системы порфиринов ведет к увеличению их фотокаталитической активности. В своей работе мы стремились создать новые эффективные фотосенсибилизаторы на основе порфиринов путем введения дополнительного порфиринового кольца, которое значительно расширяет их ароматическую систему», — рассказала одна из авторов работы, сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН Алина Опарина.
Порфолактоны — малоизученный класс соединений, и их применение в фотокатализе до настоящего времени практически не рассматривалось. Исследователи установили, что использование минимального количества порфолактона (в соотношении 1: 10000 к сульфиду) приводит к полному и селективному окислению субстрата до целевого сульфоксида. Включение катиона индия(III) в структуру порфолактона дополнительно повышает его эффективность более чем 8 раз. При этом число каталитических циклов (число реакций с участием одной молекулы катализатора без потери его фотоактивности) достигает 830 тысяч, что значительно превышает значения для ранее описанных фотокатализаторов.
«Проведенная модификация значительно увеличила фотокаталитическую активность порфолактона, при этом количество фотокатализатора, необходимое для полного окисления субстрата, уменьшилось в десять раз», — отметила Алина Опарина.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда.