Przez dziesięciolecia chemicy uważali, że fosfor – choć kluczowy dla życia i powszechnie stosowany w chemii organicznej – nie ma już przed nami żadnych tajemnic. Jego rola ograniczała się do klasycznych sposobów tworzenia wiązań chemicznych i funkcji w znanych reakcjach, często w roli reagentów lub składników związków. Jednak najnowsze badania pokazują, iż pod tym pozornie znanym pierwiastkiem kryje się nieoczekiwana zdolność do katalizowania reakcji w sposób dotychczas uznawany za zarezerwowany dla metali przejściowych takich jak pallad, platyna czy iryd.
Czytaj też: Futurystyczny materiał zachowuje się tak, jakby nie stworzył go człowiek. Może zmieniać kolor i teksturę
Badacze z UCLA skoncentrowali się na reakcji zwanej hydroaminacją, w której do wiązania podwójnego węgiel‑węgiel przyłącza się grupa zawierająca azot. To kluczowy krok w tworzeniu złożonych związków organicznych, niezwykle ważnych w syntezie leków i materiałów specjalistycznych. Reakcje te typowo wymagają użycia drogi metali przejściowych, które są nie tylko kosztowne, lecz również podatne na kradzieże. Chodzi między innymi o katalizatory samochodowe, gdzie platyna i pallad padają łupem złodziei.
Nowa metoda łączy związek fosforu z fotokatalizatorem aktywowanym światłem, co umożliwia fosforowi zachowywanie się jak katalizator, który aktywuje wiązanie podwójne i ułatwia jego reakcję z cząsteczkami zawierającymi azot. Kluczowe jest to, że fosfor nie tylko bierze udział w reakcji. On ją aktywnie katalizuje, podobnie jak metale koncertujące elektrony w procesach katalitycznych.
Jakby tego było mały, mechanizm napędzający ten proces różni się od klasycznych procesów metalicznych. Katalizatory metali przejściowych zwykle działają poprzez przejścia dwuelektronowe, podczas gdy nowy układ z udziałem fosforu operuje zarówno procesami jednoelektronowymi, jak i dwuelektronowymi. To oznacza, iż ma potencjał na przyłączanie szerszego zakresu substratów i zapewnianie większej elastyczności w projektowaniu reakcji chemicznych.
Czytaj też: 70 lat czekania i wreszcie ją mamy. Chemicy uchwycili cząstkę kluczową dla utleniania
Odkrycie może więc mieć ogromne konsekwencje dla przemysłu chemicznego i farmaceutycznego, gdzie synteza skomplikowanych cząsteczek z wiązaniami węgiel‑azot jest kluczowa. Większość leków zawiera takie wiązania, a obecnie ich tworzenie często wymaga użycia drogich i trudno dostępnych metali katalitycznych. Zastosowanie fosforu, a więc pierwiastka znacznie tańszego i bardziej dostępnego, mogłoby obniżyć koszty produkcji, uprościć procesy przemysłowe i ograniczyć zależność od surowców, które mają niestabilne łańcuchy dostaw.
Źródło: Nature
