Сотрудники лаборатории новых физико-химических проблем Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук, использовав обычный порфириновый катализатор и точно подобрав условия синтеза, на два порядка (до 830000 ТОN) увеличили эффективность реакций фотоокисления для серосодержащих соединений. Результаты опубликованы в Journal of Catalysis.

Порфириновые соединения активно используются в органическом синтезе в качестве фотосенсибилизаторов. При облучении светом порфирин генерирует синглетный кислород, который окисляет сульфиды до сульфоксидов. Известно очень много порфириновых соединений, однако не каждое может быть использовано в качестве катализатора-фотоокислителя. Для этого требуется фотостабильное, хорошо растворимое и фотоактивное вещество.

В данной работе ученые сначала провели квантово-химические расчёты, затем — эксперименты с теми параметрами реакции, для которых расчёты предсказали наилучший результат.

«Для того, чтобы повысить эффективность реакции, необходимо глубоко понимать её механизм. В этой работе впервые одновременно проводятся как теоретические квантово-химические расчёты, так и экспериментальный анализ кинетики, — рассказал один из авторов работы Степан Коробков. — Эти два подхода дополняют друг друга, что позволяет глубоко разобраться в нюансах окислительных процессов и усовершенствовать протокол синтеза».

Теоретический анализ и экспериментальные исследования показали, что ион металла, с которым связано порфириновое кольцо, сильнейшим образом влияет на эффективность реакции. Для финальных экспериментов был выбран индиевый порфирин. Исследователи изучали, как количество катализатора и состав растворителя влияют на выход конечного продукта. Эксперименты проводились и при добавлении различных спиртов, и в присутствии уксусной кислоты как донора водородных связей. На основании экспериментальных данных был создан протокол реакции. Следуя протоколу, удалось эффективно окислять самые разные серосодержащие субстраты, что подтверждает правильность выбранного метода. После масштабирования процесса ученые получили несколько грамм сульфоксидов.

«Для того, чтобы синтез прошел эффективно, важно не только точно задать условия реакции — не менее важно из возможных порфириновых соединений выбрать оптимальное, — подвёл итог Степан Коробков. — Используя вполне обычный порфириновый катализатор, нам удалось увеличить эффективность реакции почти в 100 раз. В будущем мы планируем провести эксперименты со сложными, дорогими, но и более активными катализаторами».

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 23-23-00542).

Текст: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН.
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.