Ученые заморозили химическую реакцию и увидели работу органического катализатора
Химики давно мечтали подсмотреть, как катализаторы делают свою работу, и теперь у них появился шанс.
Ученые из Амстердамского университета и института HFML-FELIX в Неймегене впервые детально изучили, как работает металлоорганический катализатор на примере «катализатора Такемото». Они не просто сфотографировали его структуру, но и зафиксировали, как он меняется в момент реакции.
Для этого использовали инфракрасный лазер FELIX — мощный инструмент, который позволяет «подсветить» молекулы и увидеть их колебания. Катализатор и реагент охлаждали в молекулярном пучке, замедляя движение частиц, а затем облучали лазером. Полученные спектры сравнили с квантово-химическими расчетами — так удалось восстановить точную геометрию молекул и даже разглядеть водородные связи, которые удерживают реагент в нужном положении.
Результаты опубликованы в издании The Journal of Physical Chemistry Letters.
Почему это важно
- Катализаторы без металлов дешевле, безопаснее и экологичнее, но их сложнее изучать.
- Контроль над реакцией — такие катализаторы могут создавать молекулы строго определенной формы (например, только «правые» или „левые“ версии), что критично для лекарств.
Раньше подобные методы работали только для ионных соединений, а нейтральные молекулы оставались загадкой. Теперь ученые могут ловить даже короткоживущие промежуточные состояния — это открывает путь к созданию новых катализаторов «по чертежам», а не методом проб и ошибок.
Теперь мы видим, как катализатор буквально подстраивается под реагент, меняя форму, — говорит профессор Вибрен Ян Бума. — Следующий шаг — реакции с несколькими компонентами.
Исследование дает инструмент для точной настройки катализаторов, особенно востребованных в фармацевтике. Например, многие лекарства существуют в двух зеркальных формах, но активна лишь одна. Если катализатор будет создавать только нужный вариант, это сократит стоимость производства и побочные эффекты.
Также метод полезен для зеленой химии — можно проектировать катализаторы, работающие при комнатной температуре и без токсичных металлов вроде палладия.
Отметим, что метод требует сверхбыстрого охлаждения молекул в молекулярном пучке, что сложно масштабировать для промышленных процессов. Кроме того, исследован только один тип катализатора — пока неясно, как методика поведет себя с более сложными системами.
Ранее ученые научились управлять свойствами графена с помощью лазера.
