Ученые разработали экологичный метод фотосинтеза с использованием красного света

Новое исследование, опубликованное в JACS научными группами под руководством Мартина Фаньянаса и Мануэля Соуто в CiQUS, представляет более устойчивый фотокаталитический метод, сочетающий многоразовые твердые материалы с низкоэнергетическим красным светом. Автор: Эухенио Васкес Сентис

Современная химия все больше сосредотачивается на разработке устойчивых процессов, которые снижают потребление энергии и минимизируют отходы. Фотокатализ, использующий свет для стимулирования химических реакций, предлагает многообещающую альтернативу более агрессивным традиционным методам. Однако большинство существующих фотокатализаторов являются гомогенными — они растворяются в реакционной среде и не могут быть легко восстановлены или повторно использованы — и они обычно полагаются на синий или ультрафиолетовый свет, который требует больше энергии и плохо проникает в реакционные смеси, ограничивая их крупномасштабное и биологическое применение.

Исследователи из Центра исследований в области биологической химии и молекулярных материалов (CiQUS) разработали инновационный, более устойчивый метод, который использует красный свет — низкоэнергетический, глубоко проникающий источник света — вместе с перерабатываемыми твердыми катализаторами для чистого и эффективного проведения химических реакций. Исследование подчеркивает потенциал ковалентных органических каркасов (COF) в качестве гетерогенных фотокатализаторов, активных под красным светом, — область, которая остается в значительной степени неисследованной. Эта комбинация многоразовых материалов и мягкого света представляет собой значительный шаг к более экологичным химическим методологиям.

Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society.

COF — это пористые кристаллические материалы, собранные из органических строительных блоков, образующих структуры, похожие на «молекулярный LEGO». Имея некоторые общие характеристики с MOF — которые были признаны в самой последней Нобелевской премии по химии — COF являются полностью органическими и выделяются своей настраиваемостью, стабильностью и способностями к улавливанию света.

В этой работе команда разработала COF, включающий фотоактивный молекулярный фрагмент (на основе бензотиадиазольной структуры), обеспечивающий эффективное поглощение красного света и генерацию реакционноспособных видов для запуска преобразования. Как твердый материал, катализатор может быть легко восстановлен и повторно использован по крайней мере шесть раз без потери активности — ключевое преимущество по сравнению с традиционными гомогенными системами.

Чтобы продемонстрировать потенциал этого подхода, исследователи применили новый COF к модельной C–H сульфониляции анилинов — реакции, которая дает сульфоны — ценные структурные мотивы, встречающиеся в многочисленных фармацевтических препаратах и биологически активных соединениях. Эти группы усиливают молекулярную стабильность и биологические взаимодействия, что делает разработку чистых, прямых и универсальных синтетических методов высоко актуальной как для академических кругов, так и для промышленности. Используя минимальные количества катализатора и мягкие условия, система достигла эффективных преобразований в широком диапазоне субстратов.

Исследование также иллюстрирует силу внутреннего сотрудничества в CiQUS. Одна группа внесла свой опыт в органический синтез и фотокатализ, в то время как другая сосредоточилась на дизайне и синтезе COF. Эта синергия была поддержана программой CiQUS-Synergy, которая способствует сотрудничеству между исследовательскими линиями внутри центра.

Это достижение открывает путь для новых применений COF в устойчивом фотокатализе под красным светом, с потенциальным влиянием на органический синтез и не только — включая такие области, как биомедицина, где красный свет предлагает явные преимущества.

Больше информации: Сауль Альберка и др., Red-Light-Driven C(sp²)–H Sulfonylation of Anilines Using a Recyclable Benzothiadiazole-Based Covalent Organic Framework, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c12697

Источник: Center for Research in Biological Chemistry and Molecular Materials