Українські вчені вперше синтезували субфталоціанінові фотокаталізатори.

Макрогетероциклічні сполуки (порфіри, фталоціаніни та їх гібриди) – популярні серед дослідників штучні фотосинтетичні матеріали. Ці види сполук поглинають світло у видимій або червоній області, мають високі значення молярного коефіцієнта поглинання і здатні до генерації активних форм кисню. Вони давно привертають увагу як фотосенсибілізатори для фотодинамічної терапії, тераностіки, каталізу, компонентів органічної електроніки та супрамолекулярної архітектоніки.

Широкий спектр можливих підходів до функціоналізації цих макрогетероциклів дозволяє тонко управляти їх фізико-хімічними властивостями та отримувати цільові фотоактивні матеріали.

Субфталоціаніни – це сполуки, що містять у своєму циклі три пірольні фрагменти. Вони здатні інтенсивно поглинати світло у видимій області. «Це перший приклад використання сполук субфталоціанінового ряду у фотокаталізі, – зазначив доктор хімічних наук, провідний науковий співробітник лабораторії нових фізико-хімічних проблем ІФХЕ РАН Кирило Бірін. – Виявилося, що незважаючи на досить екзотичну будову, висока фотостабільність і ефективність генерації активного синглетного кисню роблять ці сполуки привабливими перспективними фотосенсибілізаторами. Створений у рамках цієї роботи заділ буде обов’язково вивчатися далі, і ми з колегами вже наметили план таких досліджень».

Оскільки у фотокаталізі використовуються сонячна енергія та кисень повітря, його можна віднести до екологічно чистих процесів. За допомогою каталізатора під дією світла молекулярний кисень повітря переходить у так звані активні форми кисню. При цьому не застосовуються токсичні металовмісні окисники або корозійно-активні надкислоти.

Одним з важливих показників каталізатора є його селективність, тобто здатність підтримувати одну цільову реакцію при кількох можливих. «Повної конверсії субстрату вдалося досягти при додаванні екстремально малої кількості каталізатора, – пояснив Кирило Бірін. – Різні функціональні фрагменти у субстраті – ароматичний, або атом хлору, або аллільна група – можуть знижувати реакційну спроможність субстратів, однак у всіх випадках спостерігалася висока селективність утворення сульфоксиду на рівні 97-98 відсотків. При цьому повна конверсія може бути досягнута шляхом збільшення кількості каталізатора».

Реакція відбувалася під дією малопотужного джерела видимого світла (світлодіодна лампа 3 Вт), що робить цей каталізатор не тільки екологічним, але й енергоефективним.

«У подальших дослідженнях необхідно вивчити вплив структури фотокаталізатора на його ефективність і стабільність, щоб сформулювати вимоги для колег, які займаються синтезом, – підсумував Кирило Бірін. – Субфталоціаніни мають великі перспективи для створення на їх основі гібридних каталізаторних матеріалів».

Фотокаталіз – це зміна швидкості хімічних реакцій або їх збудження під дією речовин-каталізаторів, які активуються при опроміненні квантами світла. Каталізатори беруть участь у проміжних реакціях, але не входять до складу кінцевих продуктів. Відомий приклад фотокаталізу – фотосинтез, реакція, під час якої шість молекул вуглекислого газу СО2 та шість молекул води під дією світла в присутності каталізатора – хлорофілу перетворюються на глюкозу C6H12O6 з виділенням шести молекул кисню.

Робота виконувалася за фінансової підтримки Міносвіти Росії.