Гидрирование с перезоводорода — ключевая реакция в органическом синтезе, позволяющая восстанавливать двойные связи С=O и C=N с использованием доноров водорода вместо молекулярного H₂. Этот процесс имеет фундаментальное значение для создания спиртов, аминов и хиральных соединений, которые служат основой для разработки высокоэффективных лекарственных препаратов с улучшенной безопасностью и целенаправленным действием.
Международное сотрудничество в поисках решения
Совместная работа российских и британских исследователей принесла значимые результаты. Группа профессора Дж. Блэкера из Университета Лидса провела экспериментальные исследования, в то время как команда под руководством профессора Элеоноры Кольцовой с кафедры ИКТ сосредоточилась на компьютерном моделировании. Важную роль в проекте сыграли доцент Иван Митричев и аспирант Михаил Васильев, чьи усилия способствовали углублению понимания процессов катализа.
Инновационные методы исследования
В ходе работы использовался изопропиловый спирт как универсальная среда, выполняющая функции растворителя и донора водорода. С применением теории функционала электронной плотности (DFT) ученые проанализировали три механизма реакции: внутренней сферы (IS), внешней сферы (OS) и Меервейна–Пондорфа–Верлея (MPV). Метод натянутых резинок (NEB-TS) помог выявить энергетически выгодные пути протекания процессов, а расчеты проводились на мощностях суперкомпьютерных кластеров с использованием программы Orca.
Открытия, меняющие подходы к катализу
Первая стадия исследований показала явное преимущество механизма внутренней сферы. Для промышленного применения реакции ученые испытали иммобилизованные на смоле Ванга катализаторы Cp*Ir, однако их эффективность уступала гомогенным аналогам. Это наблюдение стало отправной точкой для углубленного изучения кинетических особенностей процесса.
Микрокинетическое моделирование проливает свет
Разработанная математическая модель интегрировала данные DFT-расчетов с учетом активации катализатора. Специальное ПО помогло оптимизировать параметры, добившись точного совпадения прогнозируемой и экспериментальной конверсии бензальдегида. Оказалось, что снижение активности связано не с диффузией, а с частичной загруженностью каталитических центров — лишь 25% комплексов иридия проявляли активность из-за их чрезмерной концентрации на носителе.
Перспективы для фармакологии
Исследование раскрыло зависимость эффективности катализатора от концентрации гидридных форм и основания в реакционной среде. Применение микрокинетического подхода к жидкофазным процессам открывает новые возможности для создания совершенных каталитических систем, что ускорит разработку инновационных лекарств будущего.
