Новости химической науки > Микрореакторы приручают тетраоксид осмия

Исследователи из Южной Кореи и Индии разработали микрокапиллярные реакторы, которые позволяют безопасно использовать полезный для органического синтеза, но токсичный катализатор – тетраоксид осмия.

Исследователи из группы Донг-Пио Кима (Dong-Pyo Kim) смогли иммобилизовать OsO₄ на нанощетках из поли(4-винил)пиридина (P4VP), размещенных на внутренних стенках микрореакторов из силикона. В этих реакторах можно осуществлять катализ реакций дигидроксилирования и окислительного расщепления – процессов, важных для синтеза природных соединений и/или соединений, обладающих биологической активностью; выход продуктов реакций при этом составляет 90%. Для работы с 10 ммоль исходного алкена требуется всего 50 мкг OsO₄, что делает катализ в микрореакторе в 50 раз эффективнее, чем при использовании других систем закрепления тетраоксида осмия на твердом субстрате.

Иммобилизованный тетраоксид осмия способен катализировать непрерывное дигидроксилирование и окислительное расщепление олефинов. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201301124)

OsO₄ может являться промотором реакций асимметрического дигидроксилирования по Шарплессу, однако это соединение осмия отличается высокой токсичностью и необычной летучестью, в результате чего при его использовании могут образовываться токсичные пары. Ранее ряд исследователей пытались стабилизировать тетраооксид осмия на полимерной или иной подложке, однако и для таких систем утечка OsO₄ является неизбежной.

Исходя из этого, исследователи из группы Ким решили закрепить OsO₄ в микрореакторах за счет объединения двух кусочков силикона, на которых методом мягкой литографии были нанесены зеркально расположенные наноразмерные каналы. Поскольку силикон обычно набухают в органических растворителях, исследователи покрыли поверхность наноканалов слоем поливинилсилазана, с которым были связаны нанощетки из поли(4-винил)пиридина. После совмещения двух частей силиконовой матрицы исследователи провели инфузию микрореактора водным раствором OsO₄.

У реакторов, выполненных в соответствии с таким дизайном, каталитическая активность пропадала через день их эксплуатации. Для увеличения стабильности реактора исследователи восстановили OsO₄ до темно-синего комплексного соединения осмия(VI) за счет промывки микрореактора тетрагидрофунраном непосредственно после загрузки катализатора. При испытаниях ректора на олефинах за 10 минут достигалась более, чем 98%-ная конверсия субстратов в реакции дигидроксилирования и 96%-ная конверсия за 7 минут – для реакции окислительного расщепления. Тем не менее, недостатком нового реактора является его малый объем – за один час в нем можно получить не более 1 ммоль продукта.

Производительность реактора практически не меняется за 10 часов его непрерывного использования или за три месяца нахождения реактора в законсервированном состоянии. Реакционные смеси содержат 30-50 миллиардных долей осмия, это примерно в 100 раз меньше, чем в системах, изученных до настоящего времени. В планах исследователей из группы Ким как масштабирование реакторной системы для его потенциального применения в промышленном синтезе, так и разработка микрохимических систем для других опасных гетерогенных катализаторов.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201301124

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров