Новости химической науки > Алюминий — катализатор-революционер

Алюминий — самый распространённый металлический элемент в земной коре (8.1%). Однако, несмотря на его доступность и низкую электроотрицательность (1.61) — самую низкую среди p-элементов — каталитические приложения соединений алюминия долгое время были ограничены парадигмой кислот Льюиса. Валентная электронная структура алюминия сильно смещает его в сторону трёхэлектронного окисления, делая соединения Al(III) термодинамически стабильными в широком диапазоне условий. С 1859 года, когда было синтезировано первое органическое соединение алюминия, химия алюминия была практически полностью основана на трёхвалентном состоянии. Создание каталитической системы на основе окислительно-восстановительных превращений алюминия оставалось нерешённой задачей.

Группа профессора Лю Лиу (Leo Liu) из Южного университета науки и технологий Китая совершила прорыв, опубликовав работу в журнале Nature под названием «Aluminium redox catalysis enables cyclotrimerization of alkynes». Исследователям впервые удалось реализовать полный каталитический цикл Al(I)/Al(III), включающий окислительное присоединение, двойное внедрение, внутримолекулярную изомеризацию и восстановительное элиминирование — фундаментальные стадии, которые ранее считались исключительной прерогативой переходных металлов. За эту инновационную работу профессор Лю Лиу был удостоен премии EurJIC–Wöhler Young Investigator Prize 2026.

Решение научной проблемы

Установление окислительно-восстановительного катализа на основе алюминия не только углубляет понимание реакционной способности этого элемента, но и расширяет концептуальный арсенал катализа на основе основных элементов (main group catalysis).

Ключевое открытие: алюминий в роли карбена

Для решения этой давней проблемы исследователи использовали алюминилен — одновалентный вид алюминия (Al(I)), который можно рассматривать как аналог карбенов. Его амфифильная природа (способность выступать как в роли нуклеофила, так и электрофила) сочетает нуклеофильные и электрофильные свойства в одном реакционном центре. Эта электронная двойственность позволяет осуществлять ключевые стадии с алкинами, включая окислительное присоединение и внедрение по связи алюминий-углерод.

Кроме того, учёные использовали конформационно-адаптивную регуляцию атомом азота в карбазольном фрагменте лиганда для точной настройки координационного окружения алюминия. Это способствует изомеризации и восстановительному элиминированию, необходимым для замыкания каталитического цикла. В совокупности это позволило создать регенерируемый окислительно-восстановительный цикл Al(I)/Al(III), который обеспечивает эффективную циклотримеризацию алкинов с числом оборотов катализатора до 2 290. Это открывает путь к использованию алюминия в реакциях, которые ранее были возможны только с благородными металлами.

метки статьи: #катализаторы, #неорганическая химия