Российские ученые разработали методы образования новых химических связей с участием электрического тока и органических пероксидов ― сложных химических соединений, в которых атомы кислорода соединены друг с другом.
Органические пероксиды для создания новых связей
Все органические пероксиды таят в себе окислительную силу. Однако традиционно она расходовалась на то, чтобы отдать молекуле-субстрату атом кислорода, отчего органические пероксиды долго считались слишком простыми или неудобными. Отечественные химики обратили внимание на уникальный класс пероксидов ― циклические диацилпероксиды. Их окислительная способность меньше, чем, например, у всем известной перекиси водорода или надуксусной кислоты, зато они оказались способны присоединяться к молекуле-субстрату всеми своими атомами. Это позволило ученым значительно повысить атом-эффективность реакций окислительного сочетания.
В случае с пероксидами инициирование образования новых связей стало возможным благодаря их особому строению. Во всех молекулах органических пероксидов есть два атома кислорода, соединенные друг с другом (этот фрагмент -О-О- называется «пероксидная группа»). Химическая связь между этими двумя атомами кислорода достаточно слабая и может легко разрываться, что и легло в основу новой методики.
Исследования российских ученых и их электрохимические подходы позволили также минимизировать образование побочных продуктов. Традиционно для проведения какого-то окислительного процесса необходимо взять окислитель. В процессе реакции окислитель выполняет свою функцию и переходит в «неактивную» восстановленную форму. От этой «неактивной» формы требуется каким-то образом избавляться в процессе очистки целевого вещества, а остатки ― утилизировать. Использование электрического тока позволяет полностью избавиться от проблемы существования «неактивной», «отработавшей» формы окислителя.
Где используются пероксиды
Органические пероксиды активно применяются в медицинской химии и фармацевтике. Например, на фармацевтическом рынке есть много препаратов на основе производных артемизинина (природного пероксида, за открытие которого в 2015 году была присуждена Нобелевская премия) и синтетического артеролана. Однако механизм их противомалярийного действия до сих пор активно исследуется и остается открытым.
Несмотря на ряд проведенных исследований, эта область таит много загадок. Например, активно изучается фундаментальная развилка между сборкой пероксидных структур и реакциями окисления ― какие факторы способствуют тому, что химическая система предпочитает собирать высокоэнергетические пероксидные циклы, а не «скатиться» в сторону более термодинамически выгодных продуктов окисления.
Сегодня электрохимические процессы могут быть легко масштабированы до необходимых загрузок. Помимо сохранения таких базовых параметров для химической реакции, как температура, время, эффективность массообмена, в электрохимическом синтезе крайне важно сохранять постоянство плотности тока на электродах.
В настоящее время большое внимание уделяется исследованию более управляемых химических аппаратов и узлов, у которых, например, меньше вероятность локальных перегревов и застойных зон массообмена. Интересным решением может быть переход в область микрофлюидных технологий, в область микропотоков. Лаборатория Института органической химии работает в этом направлении.
Таким образом, исследования российских ученых открывают новые, более эффективные и экологичные пути использования органических пероксидов в синтезе, в частности для фармацевтики. Эта перспективная область, сочетающая фундаментальные открытия с практическими электрохимическими методами, продолжает развиваться.
Ранее Наука Mail публиковала экспертную колонку о том, как Россия замыкает ядерный цикл на тысячелетия вперед.
