Алюминий входит в топ самых распространенных элементов земной коры и давно интересует химиков как потенциальная замена дорогостоящим металлическим катализаторам. Основная сложность заключается в том, что алюминий трудно заставить динамично менять свое валентное состояние, необходимое для начала и завершения химической реакции. Чаще всего алюминий стремится зафиксировать себя в форме Al (III). Возвращение же его обратно в состояние Al (I) оказывается весьма проблематичным процессом, пишет Phys.org.
Ученые из Южного университета науки и технологий нашли решение проблемы, разработав новый окислительно-восстановительный катализатор на основе алюминия — карбазолилалюминилен. Его ключевым элементом выступает азот. Гибкое строение позволяет молекулам азота принимать две формы: плоскую и пирамидальную, что дает возможность контролировать окружающую среду вокруг алюминия. Благодаря этому катализатор способен свободно переключаться между состояниями Al (I) и Al (III), выступая эффективным активатором химических реакций.
Научная группа использовала разработанный катализатор для реализации сложного региоселективного процесса — циклотримеризации алкинов, известного как реакция Реппе. В рамках этой реакции три молекулы алкина объединяются, образуя бензольное кольцо. Чтобы обеспечить успешное протекание процесса, пришлось осуществить весь цикл окислительно-восстановительных преобразований. Он включает четыре ключевые стадии: окислительное присоединение, два последовательных акта внедрения, внутримолекулярную перестройку и завершающую стадию восстановления. До сих пор подобные преобразования выполнялись преимущественно дорогими переходными металлами.
Особое достоинство нового катализатора — его поразительная долговечность: каждая активная единица способна выдержать до 2290 циклов реакции без потерь эффективности, существенно опережая все существующие аналоги на основе элементов s- и p-группы. Помимо этого, технология оказалась чрезвычайно эффективной, демонстрируя выход конечного продукта до 98%.
Полученные результаты открывают новые горизонты в понимании базовых свойств элементов и закладывают фундамент для дальнейших исследований в сфере экологически чистых катализаторов и химической индустрии на основе алюминия.
Тем временем российские ученые создали уникальный биосенсор для анализа напитков. Подробнее о нем рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.