Российские химики заставили литий взаимодействовать с нефтяными соединениями
Российские химики совершили прорыв, впервые в мире синтезировав и детально изучив стабильные молекулярные соединения лития с углеводородами — алкенами, входящими в состав нефти, и циклическим циклогексаном. Они разработали уникальный метод, создав вокруг атома лития защитную оболочку, что позволило органическим молекулам взаимодействовать с металлом, что ранее считалось практически невыполнимой задачей.
Это фундаментальное достижение опровергает традиционные взгляды на химию щелочных металлов и открывает новые горизонты для разработки катализаторов, используемых в нефтехимической промышленности и переработке углеводородов. Выводы исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), опубликованы в престижном издании Journal of the American Chemical Society.
Углеводороды, состоящие из водорода и углерода, являются основой органической химии. Алканы, не имеющие двойных связей, химически стабильны и применяются как топливо, смазочные материалы и воски. Алкены и алкины, содержащие двойные или тройные связи, незаменимы в производстве полимеров, таких как полиэтилен и полипропилен. Их химические превращения, особенно важные для очистки нефтепродуктов, синтеза полимеров и создания новых материалов, требуют участия катализаторов для ускорения реакций и точного введения функциональных групп к углеродному скелету молекул.
Исторически считалось, что только дорогие переходные металлы, такие как платина или палладий, способны образовывать прочные связи с углеводородами. Дешевые и легкие щелочные металлы, включая литий, считались неподходящими из-за нехватки электронов для стабильного ковалентного связывания, что приводило к слабым и легко разрушающимся электростатическим взаимодействиям.
Ученые из Института металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева РАН (Нижний Новгород) и Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН (Москва) впервые успешно синтезировали стабильные соединения лития с углеводородами — алкенами и циклогексаном. Решающую роль сыграл специально разработанный массивный органический лиганд, который, присоединившись к атому лития, образовал вокруг него защитную структуру, похожую на «карман». Внутри этой структуры литий смог взаимодействовать даже с такими инертными соединениями, как алканы и алкены, к которым в обычных условиях он не проявляет заметной реакционной способности.
Особенно примечательно, что комплексы лития с химически инертным циклогексаном (алканом) формируются столь же легко, как и с более реакционноспособными алкенами. Это указывает на то, что энергетическая выгода связывания лития в защитном «кармане» одинакова для обоих типов углеводородов, что противоречит их обычной реакционной способности. Важно отметить, что процесс образования этих комплексов обратим, что позволяет контролировать их распад изменением окружающей среды.
Данное фундаментальное открытие впервые экспериментально подтверждает возможность формирования устойчивых межмолекулярных соединений щелочных металлов с алкенами и алканами, основанных на электростатических силах. Глубокое понимание взаимодействия лития с непредельными соединениями открывает путь к оптимизации тонкого органического синтеза и разработке эффективных катализаторов на базе экономичных и доступных металлов.
«Впервые мы продемонстрировали возможность образования соединений лития с обычно инертными углеводородами, что ранее казалось невозможным, — комментирует руководитель проекта РНФ, кандидат химических наук Александр Селихов из Института металлоорганической химии им. Г. А. Разуваева РАН. — Этот прорыв открывает перспективы для создания катализаторов на основе недорогих щелочных металлов, например, для функционализации двойных связей и преобразования олефинов в ценные полупродукты. Наши дальнейшие планы включают применение этого подхода для синтеза других типов соединений щелочных металлов с углеводородами, содержащими две или три двойные связи. Это позволит не только углубить понимание взаимодействия лития с углеводородами, но и стимулирует использование этих новых соединений в качестве катализаторов для полимеризации и разработки лекарственных препаратов».
