Een RUDN-chemicus en collega's uit Iran hebben een nieuwe strategie ontwikkeld voor het produceren van holle, poreuze katalysatoren voor de Heck-koppelingsreactie. Deze katalysatoren worden gekenmerkt door een bloemachtige structuur. Ze bestaan ​​uit grafeen, op het oppervlak waarvan gelaagde aluminium-kobalthydroxiden en palladium-nanodeeltjes zijn afgezet. Het resulterende materiaal verkort de synthesetijd van de stof die nodig is om kleurstoffen te verkrijgen - trans-stilbeen - met 10 keer zonder de opbrengst van het doelproduct te verminderen. De ontwikkelde katalysatoren kunnen worden toegepast in stereoselectieve synthese in geneesmiddelen, de bereiding van organische kleurstoffen, en in de agrochemie. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Katalyse Brieven .

De Mizoroki-Heck-reactie wordt gebruikt om kleurstoffen te maken, herbiciden en medicijnen waarin palladium als katalysator werkt. Katalysatoren worden gewoonlijk gecombineerd met dubbellaagse aluminium- en kobalthydroxiden om de katalytische activiteit van palladium te verhogen. Maar lage elektrische geleidbaarheid, slechte mechanische stabiliteit en korte levenscyclus van deze hydroxiden beperken hun gebruik. De chemici overwonnen deze obstakels door grafeenoxide in de katalysatorstructuur te introduceren. Stikstof- en zwavelatomen op het oppervlak van grafeen verhogen de bindingssterkte met palladium-nanodeeltjes. Grafeen kan een ideale drager zijn voor palladium- en kobalt- en aluminiumhydroxiden vanwege het grote oppervlak, chemische stabiliteit, en hoge elektrische geleidbaarheid.

Rafael Luque, directeur van het Research Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine aan de RUDN University, en collega's oxideerden eerst grafeen tot oxide. Vervolgens, ze synthetiseerden bloemachtige holle bollen in aanwezigheid van kobalt- en aluminiumzouten. Daarna, ze implanteerden er bij hoge temperatuur en druk zwavel- en stikstofatomen in. De chemici synthetiseerden de doelkatalysator door palladiumverbindingen terug te winnen in de poriën van de resulterende holle bolletjes. De katalytische activiteit werd onderzocht door de katalysator te verhitten met styreen en aromatische derivaten van chloor, broom en jodium.

"Deze katalysatoren zijn zeer efficiënt en hebben een zeer hoge stabiliteit in vergelijking met andere gerapporteerde systemen, ' zegt Luuk.

De onderzoekers onthulden een hoge katalytische activiteit in de verkregen poreuze bollen met de afgifte van trans-stilbeen - het beoogde reactieproduct - tot 95 procent binnen twee uur na de reactie onder milde syntheseomstandigheden. De auteurs ontdekten ook dat jodiumderivaten sneller reageren dan vergelijkbare broom- en chloorderivaten. De katalysator toonde het vermogen om te reageren na achtvoudig herhaald gebruik, wat wijst op zijn hoge stabiliteit. Eerdere katalysatoren voor de Heck-koppelingsreactie vertoonden ofwel lagere opbrengstwaarden van 62 procent tot 91 procent, of vereist een hoge temperatuur en reactietijd. Rafael Luque en zijn collega's bewezen het potentieel van het creëren van bloemachtige stabiele palladium holle katalysatoren en de positieve rol van grafeen gelegeerd met zwavel en stikstof op een substraat van gelaagde kobaltaluminiumoxiden.