Команда химиков из РУДН и ИНЭОС синтезировала сразу два гетерометаллических кластера с эффективностью, близкой к 100%. Эти соединения используют как катализаторы в фармацевтике, производстве полимеров и других областях химической промышленности. Исследование опубликовано в журнале Journal of Organometallic Chemistry.
Металлический кластер — объединение нескольких атомов металлов, между которыми есть существенное взаимодействие. Кластеры, которые состоят из атомов разных металлов, называются гетерометаллическими — они могут быть катализаторами в органических реакциях, например, в фармацевтике и производстве полимеров. Однако создавать такие кластеры непросто. Химики РУДН и ИНЭОС описали, как можно эффективно получать гетерометаллические кластеры из «обычного» металлического кластера, состоящего из трёх атомов родия.
«Родий хорошо известен как каталитический металл. Есть множество органических процессов, которые катализируются металлическими кластерами на основе родия. Однако большинство подходов для синтеза гетерометаллических кластеров являются случайными и дают низкий выход желаемого продукта. Нам удалось создать гетерометаллические кластеры из родиевого с высокой эффективностью реакции», — говорит Ольга Чусова, PhD, сотрудник Научного центр «Кристаллохимия и структурный анализ» РУДН.
Химики использовали кластер из трех атомов родия, которые соединяются между собой и образуют треугольник. К вершинам и сторонам этого треугольника прикреплены лиганды — молекулы, которые диктуют поведение атомам родия. Детально продуманный выбор лигандов как в исходном кластере, так и в реагентах позволил химикам создать новые гетерометаллические кластеры. Дело в том, что соединения чувствуют себя с одними лигандами лучше, чем с другими. В данном случае добавления в качестве реагента, в котором есть атом другого металла с недостатком электронов, — металлоэлектрофила — позволил создать новый комплекс, который состоит из атомов разных металлов — гетерометаллический кластер. Вместо треугольника образуется тетраэдр — в его вершинах три атома родия и еще один атом золота или кобальта.
Такой механизм обеспечил почти стопроцентную эффективность реакции — то есть реальное количество полученного гетерометаллического кластера почти совпадало с рассчитанным теоретически (81% от теоретического значения для кластера с кобальтом и 93% — с золотом). Примечательно, что он сработал одинаково хорошо несмотря на то, что металлоэлектрофилы с золотом и с кобальтом имеют разную структуру.
«Хотя металлоэлектрофилы имеют различную электронную структуру, они оба реагируют с треугольным родиевым кластером и образуют стабильные тетраэдрические кластеры. Это явление связано с уникальной структурой исходного родиевого кластера, поскольку он может предоставлять различное количество электронов в зависимости от потребностей металлоэлектрофила. В данном случае производному золота требовалось для достижения мечты только два электрона, а производному кобальта целых шесть», — Ольга Чусова, PhD, сотрудник Научного центр «Кристаллохимия и структурный анализ» РУДН.
Как считают ученые, открытие повысит эффективность синтеза катализаторов на основе гетерометаллических кластеров для химической промышленности.