Ученые нашли «скрытую переменную», которая решает успех химической реакции
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Группа исследователей из Сеульского национального университета под руководством профессора Чжэюна Рю обнаружила, что кислотность в непосредственной близости от электродов — «локальный pH» — может определять, пройдет ли реакция электрохимического синтеза успешно. Ученые разработали метод, позволяющий управлять этим параметром для повышения эффективности и селективности реакций с использованием кислорода и электричества. Об этом рассказывает издание Phys.org.
Исследователи синтезировали лактоны и эпоксиды — сырье для производства пластмасс, клеев и фармацевтических препаратов, — не добавляя отдельно перекисные окислители. Благодаря конструкции реактора с регулируемым расстоянием между электродами и потоком электролита им удалось повысить селективность образования целевого продукта с примерно 16% до 97%.
Ключевая находка заключается в том, что даже в нейтральном растворе среда у катода становится щелочной (pH около 11), а у анода — кислой (pH около 2,5). При таких экстремальных условиях снижается количество активных форм кислорода и ускоряется разрушение продукта. В ходе экспериментов авторы также показали, что при уменьшении расстояния между электродами с 20 до 4 миллиметров скорость реакции выросла в 2,2 раза, а без потока электролита целевой продукт почти не образовывался.
Разработанный метод был применен для синтеза лактонов из 18 кетонов, при этом выход представительного продукта ε-капролактона составил 82%. ε-Капролактон используется для получения биоразлагаемого полимера поликапролактона, применяемого в медицинских материалах, включая хирургические нити и системы доставки лекарств. Принцип контроля локального pH также сработал при синтезе эпоксидов из шести алкенов.
«Это исследование превращает „локальный pH“ у электрода из скрытой переменной в управляемый принцип проектирования, — отметил Рю. Чтобы повысить эффективность органического электросинтеза, нужно проектировать не только субстраты и катализаторы, но и среду, в которой молекулы непосредственно реагируют».
