Японские ученые создали органическое соединение галлия для устойчивого катализа

Фотохимическая (4+1+1) циклоприсоединение позволяет синтезировать фенилендиамины с помощью редокс-химии галлия. Автор: Такуя Кодама

Исследователи из Университета Осаки создали реагент для важных молекул-строительных блоков на основе распространенного элемента основной группы — галлия. Эти предварительные результаты показывают, что органическое соединение галлия может проявлять реакционную способность, подобную переходным металлам, под воздействием света. Использование обычных элементов основной группы, таких как галлий, открывает новый путь к созданию устойчивых катализаторов, не требующих дорогих переходных металлов, добыча которых наносит вред окружающей среде и уязвима к сбоям поставок.

Катализаторы — это жизненно важные вещества, которые ускоряют многие химические реакции, фундаментальные для современной жизни, включая производство удобрений, фармацевтических препаратов и энергии. Однако многие катализаторы зависят от дорогих элементов переходных металлов, чья добыча наносит вред окружающей среде и уязвима к геополитическим потрясениям. Недавно команда из Японии разработала способ достижения crucial типа химической трансформации без использования ресурсов переходных металлов.

В статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society, исследователи из Университета Осаки описывают новую реакцию с использованием элемента основной группы вместо переходных металлов для синтеза важных молекул-строительных блоков.

Как галлий имитирует переходные металлы

Катализаторы увеличивают скорость химической реакции, не расходуясь, делая возможными реакции, которые в ином случае были бы непрактичными. Переходные металлы, включая известные катализаторы, такие как палладий, родий и платина, чрезвычайно универсальны и необходимы для многочисленных химических реакций. Эти элементы обычно катализируют превращения через изменения их степени окисления в качестве редокс-катализаторов. В отличие от них, элементы основной группы, такие как галлий, принадлежат к группам 1, 2 и 13–18 периодической таблицы и не часто используются в качестве редокс-катализаторов.

Команда Университета Осаки создала редокс-реагент из элемента основной группы, который ведет себя как элемент переходного металла с точки зрения редокс-активности под воздействием видимого света. Создание редокс-реагента с таким свойством является важным достижением для редокс-катализаторов основной группы, даже несмотря на то, что реагент расходуется в ходе реакции, в отличие от катализатора.

Прорыв в группе 13 и будущий потенциал

«Были прорывы в использовании более тяжелых элементов 14 и 15 групп в редокс-реагентах для органической химии, но не было ни одного с использованием элементов 13 группы», — говорит ведущий автор Нидзито Мукаи. «Наш редокс-реагент является первым органическим соединением галлия, которое демонстрирует этот тип редокс-активности».

Их галлиевый реагент опосредовал необычную редокс-реакцию с образованием цикла под облучением видимым светом, что позволило эффективно синтезировать фенилендиамины — химические соединения, фундаментальные для многих фармацевтических препаратов и функциональных материалов.

«Это важное доказательство концепции, которое показывает, что элементы 13 группы можно использовать в редокс-реагентах», — добавляет старший автор Такуя Кодама. «Преодоление трудностей использования элемента 13 группы расширит применение элементов основной группы в редокс-катализаторах».

Результаты предлагают новую стратегию для устойчивого катализа, использующую широко распространенные в земной коре элементы основной группы. В свою очередь, использование этих элементов может помочь снизить зависимость от ненадежных и экологически затратных ресурсов редкоземельных металлов.

Больше информации: Synthesis of Phenylenediamines via (4+1+1) Photocycloaddition of 1,3-Dienes and Isocyanides Enabled by a Gallium(I)/(III) Redox: The Key Role of a Phenalenyl-Based Ligand, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c15802

Источник: University of Osaka