Jelentősen bővítették a frusztrált Lewis-párok felhasználási lehetőségeit az MTA TTK kutatói
Egy ipari szempontból is jelentős reakció megvalósításával igazolták az MTA TTK Szerves Kémiai Intézet munkatársai, hogy számos, vízképződéssel járó kémiai reakció is megvalósítható a különleges sav-bázis párokkal.
A frusztrált Lewis-párok (FLP) kémiája egy új alapokon álló, különleges aktiválási elvnek köszönhetően az egyik legígéretesebb területe a modern vegyészetnek. E különleges kémia révén a fémek katalitikus képességét lehet szerves molekulákkal utánozni. Így a jövőben lehetőség nyílhat akár arra is, hogy a vegyipari alkalmazásokban kiváltsuk a toxikus, nehézfémalapú katalizátorokat – ez nem csupán környezetvédelmi szempontból fontos, de egyre égetőbb fenntarthatósági kihívás is.
A nyilvánvaló potenciál ellenére az első generációs hidrogénező FLP-katalizátorok alkalmazhatósága jelentősen korlátozott volt. E tény számos kutatót, köztük az MTA Természettudományi Kutatóközpont (MTA TTK) munkatársait is intenzív katalizátorfejlesztésre sarkallta. Az elmúlt két év során több olyan áttörés is született, amely jelentősen bővítette a módszer használhatóságát, és
egyre közelebb hozta az ipari felhasználás lehetőségét.
Különösen jelentős előrelépés volt a vizet toleráló katalizátorok megjelenése, azonban ez az előnyös tulajdonság csak olyan Lewis-párok esetén volt megvalósítható, amelyekben a bóralapú Lewis-sav mellett egy viszonylag gyenge, oxigénalapú Lewis-bázis szerepelt. Az eddig alkalmazott bóralapú katalizátorok azonban a vizet erősebb bázisok jelenlétében – mint például a nitrogén- vagy a foszforalapú bázisok – már nem tolerálták. Ezt a tényt jól tükrözi Andrew Ashley, az Imperial College London kutatójának 2016-ban tett megállapítása is, mely szerint ezen bór-nitrogén/foszfor párok alapvetően inkompatibilisek a vízzel, azaz a katalitikus hatás a víz jelenlétében megszűnik. Ez pedig nem csupán gyakorlati probléma, hanem egyben alkalmazási korlát is, ugyanis számos, vízképződéssel járó, kondenzációs kémiai reakció már nem valósítható meg FLP-aktiválás mellett.
Közelebb az ipari alkalmazáshoz
A tanulmány adatai: Dorkó, É., Szabó, M., Kótai, B., Pápai, I., Domján, A. and Soós, T. (2017), Expanding the Boundaries of Water-Tolerant Frustrated Lewis Pair Hydrogenation: Enhanced Back Strain in the Lewis Acid Enables the Reductive Amination of Carbonyls. Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201703591Az MTA TTK kutatói, Dorkó Éva, Szabó Márk, Kótai Bianka, Pápai Imre, Domján Attila és Soós Tibor e korlátot megfelelő katalizátor fejlesztésével oldották fel. Szisztematikusan vizsgálták, hogy a sztérikus és elektronikus hatások miképp befolyásolják a Lewis-savasságot. Felismerték, hogy megfelelő szerkezeti tervezés által a Lewis-savkomponens „rugóterhelésűvé” tehető. Ez azt jelenti, hogy bár a Lewis-sav képes adduktot képezni különböző molekulákkal, szerkezeti okok miatt az addukt könnyen visszatér az eredeti szabad állapotába.
Így a víz megkötése az erősebb Lewis-bázis mellett már fokozottan reverzibilissé, ennek eredményeként pedig az FLP-katalízis jelentősen kiterjeszthetővé vált. Ezt az elvi lehetőséget a kutatócsoport egy ipari szempontból is jelentős reakció, az úgynevezett reduktív aminálási reakció megvalósításával igazolta. A kutatásukról beszámoló tanulmányt a kémia vezető szaklapja, az Angewandte Chemie közölte.
A frusztrált Lewis-párok
Olyan különleges sav-bázis párok, amelyek sztérikus okok miatt nem képesek stabil datív kötést kialakítani, azaz olyan kötést, amelynek esetében a kötő elektronpár mindkét elektronját a Lewis-bázis nemkötő elektronpárja szolgáltatja. Emiatt a kémiai reakciókban egyszerre érvényesül a savas és bázisos funkcionalitás. A koncepció 2006-os megjelenése után fokozott érdeklődés mutatkozott a kémia szinte valamennyi meghatározó területén a frusztrált Lewis-párok iránt, mert ezzel egy merőben új aktiválási elv, új paradigma jelent meg a kémiai kutatások területén.
