Химики всего мира предлагают все новые и новые способы борьбы с выбросами углекислого газа, стараясь создать новые методы его улавливания.
Одним из примеров утилизации диоксида углерода являются новая каталитическая система, которая позволяет рассматривать углекислый газ как источник углерода для синтеза органических соединений, однако такие процессы, как правило, протекают в присутствии катализаторов на основе драгоценных металлов и/или сложны в исполнении.
Жаомин Ху (Zhaomin Hou) с коллегами разработал метод каталитического внедрения молекулы CO2 в органические молекулы, приводящий к образованию производных карбоновых кислот, которые находят применение в фармацевтике, химикатов для сельского хозяйства и при производстве красителей. Самым важным фактором является то, что новая реакция катализируется сравнительно недорогим комплексом меди.
N-гетероциклические карбены [N-heterocyclic carbenes (NHCs)] представляют собой молекулы, реакционная способность которых близка реакционной способности благодаря электронодефицитному углероду. За последние два десятилетия исследователи использовали NHC как органическую замену металлосодержащим катализаторам, а также в качестве «лигандов-свидетелей», регулирующих электронные свойства и реакционную способность металлоцентра. Ранее в группе Ху было обнаружено, что комплекс недорогой и распространенной меди с NHC катализирует присоединение CO2 к эфирам борной кислоты, новая работа посвящена использованию этого комплекса для карбоксилирования ароматических соединений. Одной из проблем, связанных с активацией ароматических соединений, является инертность ароматических С-Н связей, для преодоления этой инертности исследователи решили использовать в качестве субстрата бензоксазол – С-Н связь этого соединения, расположенная между атомами кислорода и азота, отличается более высокой реакционной способностью и может участвовать в реакциях внедрения.
Исследователи продемонстрировали, что небольшого количества комплекса меди с лигандами NHC достаточно для конверсии смеси углекислого газа и ряда производных бензоксазолов в твердые карбоновые кислоты и их сложные эфиры с отличными выходами. Изучение механизма каталитической реакции, выделенных интермедиатов, показало, что реакция протекает за счет активации С-Н связи, образования связи медь-углерод и внедрения CO2 по этой связи.
Ху утверждает, что именно лиганд NHC способствует каталитической активности медного комплекса и позволяет улавливать диоксид углерода. Электронодефицитные свойства лиганда NHC облегчают, как активацию связи C–H, так и внедрение CO2 по активной связи медь-углерод, при этом стерический объем лиганда позволяет стабилизировать каталитически активные частицы. Исследователи надеются, что изменение структуры лиганда и оптимизация условий реакции позволит добиться активации более инертных связей C–H.
