Инновационный катализатор на основе алюминия демонстрирует отличную долговечность и эффективность, успешно переключаясь между важными валентными состояниями.
Алюминий является одним из самых распространенных элементов земной коры и долгое время привлекает внимание химиков как возможная замена дорогим металлическим катализаторам. Основная сложность заключается в том, что алюминий сложно заставить активно менять свое валентное состояние, необходимое для начала и завершения химической реакции. Обычно алюминий стремится оставаться в форме Al (III). Возвращение его к состоянию Al (I) представляет собой довольно сложный процесс, пишет Phys.org.
Исследователи из Южного университета науки и технологий нашли решение этой задачи, создав новый окислительно-восстановительный катализатор на основе алюминия — карбазолилалюминилен. Ключевым элементом в нем является азот. Гибкая структура позволяет молекулам азота принимать две формы: плоскую и пирамидальную, что дает возможность контролировать окружение вокруг алюминия. Это делает катализатор способным свободно переключаться между состояниями Al (I) и Al (III), выступая при этом эффективным активатором химических реакций.
Научная команда использовала разработанный катализатор для выполнения сложного региоселективного процесса — циклотримеризации алкинов, известного как реакция Реппе. В рамках этой реакции три молекулы алкина соединяются, формируя бензольное кольцо. Для успешного выполнения процесса потребовалось осуществить полный цикл окислительно-восстановительных преобразований. Он включает четыре основных этапа: окислительное присоединение, два последовательных акта внедрения, внутримолекулярную перестройку и завершающую стадию восстановления. Ранее подобные преобразования в основном проводились с использованием дорогих переходных металлов.
Одним из главных достоинств нового катализатора является его удивительная долговечность: каждая активная единица может выдержать до 2290 циклов реакции без потери эффективности, значительно превосходя все существующие аналоги на основе элементов s- и p-группы. Кроме того, технология оказалась крайне эффективной, демонстрируя выход конечного продукта до 98%.
Полученные результаты открывают новые горизонты в понимании базовых свойств элементов и закладывают основу для дальнейших исследований в области экологически чистых катализаторов и химической промышленности на основе алюминия.
Фото: hi-tech.mail.ru