Karbosilanové dendrimery jako obnovitelné organokatalyzátory pro kapling CO₂ a epoxidů

Vzhledem k akutní potřebě snížení obsahu skleníkových plynů v atmosféře, v souvislosti s klimatickou změnou, poutá problematika oxidu uhličitého značnou pozornost vědecké komunity. CO₂ můžeme také považovat za levnou, dostupnou, netoxickou a obnovitelnou C1 surovinu. Oddělení bioorganických látek a nanokompozitů se zabývá vývojem organokatalytických materiálů pro chemické přeměny využívající CO₂ jako výchozí surovinu. Tým dr. Strašáka navrhl v nedávno publikované práci v ACS Sustainable Chemistry & Engineering nový katalytický systém aktivující cykloadici CO₂ a epoxidů za vzniku cyklických karbonátů, důležité skupiny organických látek. Zároveň byly demonstrovány dva alternativní protokoly recyklace katalyticky aktivního materiálu z reakční směsi a jeho využití v následných cyklech.

Unikátní vlastnosti karbosilanových dendrimerů, kterými se Oddělení bioorganických látek a nanokompozitů dlouhodobě zabývá, byly využity pro syntézu nového typu makromolekulárních katalyzátorů s přesně definovanou strukturou. Amoniové nebo fosfoniové multivalentní dendritické katalyzátory si uchovaly katalytickou aktivitu nízkomolekulárních monovalentních analogů dokonce i za mírných podmínek bez rozpouštědel a jiných aditiv. Navíc velikost a tvar dendritických katalyzátorů umožňuje jejich rychlou a efektivní separaci z reakční směsi pomocí nanofiltrace. Jiný koncept recyklace je založen na zabudování dendritických katalyzátorů do vrstevnatého silikátu – montmorillonitu. Výsledný nanokompozit je jen o trochu méně aktivní než původní dendrimer a snadno separovatelný pomocí centrifugace. Prezentovaný syntetický protokol je možné adaptovat pro přípravu denrimerů s různými kationtovými katalyzátory na povrchu. Případně může být polykationtový dendrimer imobilizován do vrstev aniontových silikátů za vzniku pokročilých nanokompositních katalyzátorů s vysokou aktivitou.

L. Červenková Št’astná, A. Krupková, R. Petrickovic, M. Müllerová, J. Matoušek, M. Koštejn, P. Cuřínová, V. Jandová, S. Šabata, and T. Strašák Multivalent Bifunctional Carbosilane Dendrimer-Supported Ammonium and Phosphonium Organocatalysts for the Coupling of CO₂ and Epoxides ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 31, 11692–11703.
DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c03367

Karbosilanové dendrimery jsou účinné a snadno recyklovatelné katalyzátory cykloadice CO₂ a epoxidů a to jak v homogenní tak i v heterogenní fázi.