N-Гетероциклические карбены (NHC) являются одними из лучших лигандов для использования в процессах, катализируемых переходными металлами. Это обусловлено их особенными электронными и стерическими свойствам, а также стабильностью комплексов металл/NHC. Однако структура металлических наночастиц, образующихся in situ в каталитических системах в ходе катализа с участием переходного металла и NHC-лигандов, остается малоизученным и актуальным вопросом.

В своем недавнем исследовании сотрудники Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии им. Н.Д, Зелинского РАН впервые показали образование наночастиц Pd, модифицированных NHC-лигандом, в каталитических реакциях кросс-сочетания. Доказательства этого были получены с использованием сложной техники эксперимента ядерного магнитного резонанса замороженных реакционных смесей ssLNMR (SS NMR spectra of frozen phases — буквально заморозка реакционной смеси в жидком азоте в ЯМР-ампуле и регистрация SS NMR при температуре ниже –100°C). Быстрое охлаждение реакционных смесей в жидком азоте фиксирует наночастицы в их истинном каталитически активном состоянии, что позволяет анализировать даже самые маленькие и реакционноспособные частицы.

Также посредством компьютерного моделирования и экспериментальных каталитических испытаний исследователями была обнаружена способность незначительного количества NHC лигандов существенно влиять на стабильность и активность систем наночастиц, образующихся после разложения молекулярных прекатализаторов Pd/NHC. На основании всех полученных данных учёными была впервые подтверждена концепция гибридного M/NHC-катализа — высокоэффективного подхода, сочетающего в себе лучшие свойства молекулярного гомогенного катализа (активность и селективность) со свойствами гетерогенного катализа (гибкость и накопление/высвобождение активных частиц).

В совокупности этот проект стал основой для будущих достижений в исследовании сложной области взаимодействия металла и лиганда. Для команды из Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН он не только принёс новые знания и вдохновил на разработку нового метода, но также значительно стимулировал развитие твердотельного ЯМР в ИОХ РАН на передовом научном уровне.

Источник: ИОХ РАН.