Metateze olefinů - od kuriózní reakce k Nobelově ceně
V roce 2005 získali Nobelovu cenu za chemii tři výzkumníci Yves Chauvin, Robert Grubbs a Richard Schrock, za metatezi. Problematikou spojenou s touto reakcí se ale zabývají také naši vědci z Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AVČR.
Metateze nenasycených uhlovodíků je bezesporu nejvýznamnější chemickou reakcí objevenou v posledních desetiletích. Jedná se o chemickou přeměnu, které obecně podléhají všechny uhlovodíky obsahující dvojné nebo trojné vazby mezi atomy uhlíku ve své molekule a těch je mezi organickými sloučeninami většina.
Již v 70. letech minulého století se přišlo na to, že působením oxidů nebo chloridů molybdenu, wolframu a rhenia se molekuly uhlovodíků stěpí v místě dvojné příp. trojné vazby a následnou kombinací takto vzniklých fragmentů vznikají molekuly nové lišící se svojí délkou a dalšími strukturními parametry od molekul výchozích. Reakce později nazvaná metateze nenasycených uhlovodíků ( z řeckých slov meta = změna a tithemi = místo) tak přinesla jednoduchou a obecně použitelnou metodu cílené přípravy uhlovodíků s požadovanými vlastnostmi.
Jak takový tanec olefinů vypadá? Otázka pro dokotra Hynka Balcara.
"Tančící olefiny" si můžete prohlédnout také na webových stránkách www.nobelprize.org
Účinnost prvních katalyzátorů metatezí (tj. výše zmíněných oxidů a chloridů uvedených kovů) nebyla příliš vysoká a mechanismu jejich působení zůstával nejasný. Průlom do této situace způsobily práce prvního z oceněných, Y. Chauvina - jím navržený mechanismus průběhu metateze se později nejen plně potvrdil, ale hlavně poskytl vodítko pro cílevědomou přípravu nových, vysoce účinných katalyzátorů. Tyto katalyzátory jsou poměrně složité organometalické sloučeniny molybdenu nebo ruthenia, pojmenované podle svých tvůrců: molybdenové po prof. Schrockovi a rutheniové po prof. Grubbsovi. Oba typy těchto katalyzátorů se již vyrábějí, takže v katalozích firem nabízejících chemikálie lze běžně nalézt Schrockův katalyzátor či Grubbsův katalyzátor (prvé a dokonce už druhé generace).
Historicky první průmyslovou aplikací metateze je tzv. "Phillips triolefin process" převádějící v té době přebytečný propylen na ethylen a buten o vysoké čistotě potřebné k produkci polyethylenu. Později se metateze začala používat v petrochemii ke zpracování méně významných ropných produktů na látky vysoce ceněné. Tak se např. metateze používá k zužitkování vysokovroucích uhlovodíkových frakcí k výrobě detergentů, nebo k přeměně odpadního cyclopentadienu z C5 uhlovodíkové frakce na nový polymer vynikajících mechanických a chemických vlastností.
S rostoucí dostupností vysoce účinných Grubbsových a Schrockových katalyzátorů výrazně vzrostly možnosti použití metateze v oblasti tzv. kvalifikované chemie. Tato oblast chemie je zaměřena na syntézy řady přírodních látek, léků, či speciálních polymerů. Jako příklady z četných aplikací lze uvést syntézy hmyzích feromonů používaných k ochraně před škůdci v zemědělství , syntézu tzv. stilbenoidních fytoalexinů s vynikajícími fyziologickými účinky použitelnými v ochraně rostlin i v medicíně, nebo přípravu elektricky a fotoelektricky vodivých polymerů.
Vedle pracovišť letošních laureátů se metateze nenasycených uhlovodíků studovala a studuje v řadě dalších akademických a výzkumných pracovišt´ ve světě. Od roku 1976 se pravidelně konají světová setkání badatelů v této oblasti. Mimochodem, prof. Grubbs navštívil v tomto roce také Prahu a měl na Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR přednášku o přípravě a využití "svých" katalyzátorů.
V Ústavu fyzikální chemie AV ČR se zabýváme základním výzkumem metateze již řadu let. Do tohoto výzkumu jsou trvale zapojováni i studenti z přírodovědecké fakulty UK a z VŠCHT v Praze. Kromě ryze badatelské práce se zabýváme též vývojem metatezních katalyzátorů pro potřeby průmyslu, např. nedávno pro chemické závody Spolana Neratovice. V současné době pracujeme na vývoji nových typů metatezních katalyzátorů s využitím progresivních nosičů katalyzátorů na bázi mesoporézních molekulových sít. Výhodou těchto katalyzátorů bude kromě vysoké účinnosti i možnost snadné separace katalyzátoru od produktů a následné recyklace katalyzátoru, což je významné jak z hlediska snížení výrobních nákladů, tak z hlediska ochrany životního prostředí.
Metateze olefinů - od kuriózní reakce k Nobelově ceně. A co dál?
Více se dozvíte v přírodovědném magazínu Natura.
E-shop Českého rozhlasu
Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?
Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka
Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama
Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.
