Исследователи из Института физико-химических исследований (RIKEN) в Японии обнаружили, что полиядерные гидриды титана способны селективно разрывать прочные химические связи в стабильных органических молекулах, подобных пиридину, что позволяет модифицировать и перестраивать их основной каркас. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society. Они могут открыть новые подходы к проектированию катализаторов и найти применение в таких областях, как нефтепереработка и синтез функциональных органических молекул.
Пиридин — это класс ароматических гетероциклических соединений, состоящих из атома азота и пяти атомов углерода. Его структура стабильна, и он является как распространенным структурным элементом в сложных органических молекулах, таких как лекарства, так и азотсодержащей примесью, которую необходимо удалять из сырой нефти. Как пояснил Хоу Чжаоминь из Лаборатории металлоорганической химии RIKEN, удаление азотсодержащих примесей, таких как пиридин, из сырой нефти является важным промышленным процессом в нефтепереработке. Традиционные методы обычно требуют жестких условий — около 500 градусов Цельсия и 200 атмосфер, и зависят от многокомпонентных твердых катализаторов.
Исследовательская группа обнаружила, что полиядерные кластеры, состоящие из атомов титана и водорода, могут осуществлять это превращение в более мягких условиях. Хоу Чжаоминь отметил: «Мы обнаружили, что ароматические N-гетероциклические соединения, такие как пиридин, могут одновременно подвергаться разрыву связей C-N и C-C с последующей перегруппировкой образующихся углеводородных фрагментов». Эксперименты показали, что при нагревании до 160 градусов Цельсия реакция протекает с высокой селективностью в направлении образования одного общего продукта.
Исследователи полагают, что ключевым механизмом, разрушающим стабильное пиридиновое кольцо и селективно удаляющим атом азота, является синергетическое взаимодействие между тремя атомами титана в кластере титановых полигидридов. В зависимости от температуры реакции можно получить различные комплексы фрагментов пиридина.
Хоу Чжаоминь подчеркнул: «Эта работа демонстрирует уникальную способность полиядерных кластеров титановых полигидридов опосредовать разрыв и перестройку каркаса ароматических азотсодержащих гетероциклов. Это открывает новую стратегию редактирования гетероциклов в углеводородные молекулы». В будущем исследовательская группа планирует продолжить изучение потенциала таких кластеров титановых гидридов в активации инертных малых молекул, таких как азот, диоксид углерода, монооксид углерода, и их сборке с органическими субстратами в функциональные органические молекулы.
Детали публикации: Авторы: Сяоси Чжоу и др. Название: «Денитрогенизация, разрыв и перестройка углеродного каркаса пиридина трехъядерным комплексом титановых полигидридов». Опубликовано в: Journal of the American Chemical Society (2025). Информация о журнале: Journal of the American Chemical Society
