Новости химической науки > Контролируемая химическая завивка полимеров

Исследователям из Германии успешно удалось с помощью катализа палладийсодержащими соединениями свернуть отдельные цепи полимеров в плотные наночастицы, состоящие только из одной полимерной цепи [1]. Такие наночастицы имитируют активные центры ферментов с предопределенным окружением вокруг металлоцентра и могут катализировать реакции сочетания связей углерод-углерод.

Процесс внутримолекулярной сшивки позволяет получить наночастицы, состоящие из одной цепочки, катализирующие реакцию Соногаширы. (Рисунок из Polym. Chem., 2015, DOI: 10.1039/c5py00389j)

Активный центр ферментов способен катализировать многие органические реакции. Для промышленной химии селективность процесса, конечно, является важным фактором, однако та же промышленность хочет использовать синтетические процедуры попроще. Известно, что выделение или синтез ферментов представляет собой непростую задачу, поэтому применение этих катализаторов в условиях промышленного органического синтеза практически невозможно. Одним из решений, позволяющих объединить достоинства ферментов и простоту синтеза катализаторов, являются наночастицы, состоящие из одной цепи – эти объекты сравнительно недавно стали активной темой исследований в области химии полимеров [2]. В настоящий момент такие частицы используются в молекулярном распознавании и создании сенсоров, в медицинской и каталитической химии, однако лишь небольшое число исследовательских коллективов изучают способы синтеза таких частиц, и еще меньшее количество работ посвящено способам введения металлов в эти частицы.

В новом проекте группы Питера Роески (Peter Roesky) и Кристофера Барнер-Коволика (Christopher Barner-Kowollik) объединились для получения первого примера палладийсодержащих сшитых наночастиц, состоящих из одной нити полимера. Барнер-Коволик поясняет, что палладий оказался тем самым структурным элементом, допускающим формирование наночастицы из полимера и образование каталитически активных центров. Чтобы получить целевой объект, исследователи селективно фунционализировали цепи обычного полистирола лигандами, способными связывать палладий.

Лиганды связывали с цепями полимера таким образом, чтобы цепи могли свернуться с образованием небольших полимерных глобул. Полученные частицы интересны не только тем, что они способны катализировать реакцию Соногаширы, но также и тем, что, по словам Роески, это первый пример полностью свернутой наночастицы из одной полимерной цепи.

Как отмечает Такайя Терасима (Takaya Terashima), эксперт по моноцепочечным наночастицам из Университета Киото, эта работа является принципиально новым способом получения каталитически активных одноцепочечных наночастиц, который принципиально отличается от применявшихся ранее стратегий, эксплуатировавших водородное связывание, гидрофобные взаимодействия и координацию с металлами.

В будущем более точный дизайн поперечной сшивки металлами может оптимизировать активность наночастиц, создавая уникальные центры, на которых будут протекать каталитические реакции, а также позволит проводить более простое отделение таких частиц от реакционной смеси для возможности их неоднократного применения, что, очевидно, повысит шанс применения таких частиц в промышленных процессах.

Источники: [1] Polym. Chem., 2015, DOI: 10.1039/c5py00389j; [2] Polym. Chem., 2014, 6, 181 (DOI: 10.1039.c4py01217h)

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы, #химия полимеров