Синий свет превратил «инертный» скандий в мощный фотокатализатор
Химики открыли новую каталитическую роль скандия — элемента, соли которого долгое время считались редокс-инертными, то есть не участвующими в окислительно-восстановительных реакциях.
Открытие совершили ученые из Высшей школы химической технологии в Праге. Они обнаружили, что простая соль скандия может действовать как мощный фотокатализатор, если ее облучать синим светом, подобрали самую подходящую длину волны для этого и проверили эффективность в экспериментах, результаты которых опубликованы в журнале Nature Communications.
«Для нас стало совершенно неожиданным открытие, что соединения скандия можно возбуждать видимым светом и использовать для катализа реакций окисления. Поэтому мы потратили много месяцев на проверку наших наблюдений различными методами, чтобы убедиться в достоверности результатов. Это открытие указывает на совершенно новую область применения скандия — металла, до сих пор довольно редко использовавшегося в катализе, несмотря на его относительно широкую распространенность на Земле», — сказал профессор Радек Цибулка.
Команда под его руководством продемонстрировала, что трифлат скандия Sc(OTf)₃ эффективно катализирует важные реакции органического синтеза, например окисление толуола кислородом воздуха в ценные бензойные кислоты, а также прямое образование связи C–C, необходимое для присоединения цианогрупп к ароматическим кольцам, которое часто применяется в разработке лекарств.
Исследователи изучили механизмы реакций квантово-химическими расчетами, каковые подтвердили методами ЭПР-спектроскопии. Ключевую роль здесь играет сильное сродство скандия к кислороду. Ион скандия образует комплекс с молекулярным кислородом, и именно этот скандий-супероксид Sc³⁺–O₂⁻ поглощает свет. В возбужденном состоянии он может отнять электрон у органической молекулы, инициируя химическую реакцию.
О практическом применении открытия говорить пока преждевременно, но перспективы уже очевидны: скандий станет доступной альтернативой крайне редким и дорогим рутению и иридию в роли фотокатализатора для оргсинтеза.
