Блог

Jul 11, 2023

Производство катализаторов

Scientific Reports Volume 5, Номер статьи: 13930 (2015) Ссылаться на эту статью 2337 Доступов 40 Цитирований Подробности о показателях Экспериментальный подход к производству безкаталитических гиперполяризованных

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 13930 (2015) Цитировать эту статью

2337 Доступов

40 цитат

Подробности о метриках

Продемонстрирован экспериментальный подход к получению безкатализаторного гиперполяризованного раствора этанола в воде путем гетерогенного гидрирования винилацетата параводородом и последующего гидролиза этилацетата. Для эффективного гидрирования жидкий винилацетат переводили в газовую фазу путем барботирования параводорода и практически полностью переводили в этилацетат с помощью катализатора Rh/TiO2. Последующее растворение газообразного этилацетата в воде, содержащей ионы OH-, привело к образованию гиперполяризованных этанола и ацетата натрия, не содержащих катализаторов и органических растворителей. Эти результаты представляют собой первую демонстрацию получения гиперполяризованного этанола без катализатора и органических растворителей, достигнутого путем гетерогенного гидрирования паров винилацетата параводородом и последующего гидролиза этилацетата.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — широко используемый метод визуализации различных объектов: от рутинной медицинской диагностики пациентов до пористых сред1 и каталитических реакторов2,3. Однако возможности МРТ во многом ограничены ее низкой чувствительностью. Поэтому для решения этой проблемы часто используется ряд методов гиперполяризации4,5, таких как динамическая ядерная поляризация (DNP)6,7, спин-обменная оптическая накачка (SEOP)8 и поляризация, индуцированная параводородом (PHIP)9,10. ДНП является наиболее часто используемым методом гиперполяризации, но он имеет существенные недостатки, заключающиеся в длительных циклах поляризации (~20–100 мин) и довольно дорогом оборудовании4. Напротив, метод PHIP позволяет производить гиперполяризованные (ГП) вещества менее чем за 1 минуту и ​​является относительно недорогим11. PHIP использует высокий спиновый порядок молекулы параводорода (p-H2), который обычно переносится на интересующий субстрат путем попарного присоединения двух атомов H из одной и той же молекулы p-H2 к двойной или тройной связи молекулы субстрата. Это требование химической модификации субстрата существенно ограничивает круг соединений, которые могут быть гиперполяризованы с помощью PHIP5. Эту проблему можно частично решить с помощью недавно разработанной версии метода PHIP, известной как усиление сигнала путем обратимого обмена (SABRE)12. SABER основан на взаимодействии p-H2 с подходящим лигандом при их обратимом связывании с металлокомплексом13. В SABRE химическая структура субстрата остается неизменной; однако катализатор может измениться необратимо14,15. Важно отметить, что до сих пор с помощью SABER гиперполяризовался только ограниченный круг соединений, в основном азотсодержащие гетероциклы16 (например, пиридин) и PPh317. Вторая проблема заключается в том, что как парное присоединение водорода в PHIP, так и обратимые обменные процессы в SABER обычно осуществляются с использованием гомогенных катализаторов, таких как комплексы переходных металлов, которые нелегко удалить из реакционной смеси10,18. Однако эту проблему можно решить, используя гетерогенные катализаторы19, такие как наночастицы металлов на носителе20,21,22, иммобилизованные комплексы металлов23 или объемные металлы и оксиды металлов24, которые способны вызывать эффекты PHIP.

Две упомянутые выше проблемы, а именно природа молекул субстрата и сложность отделения гиперполяризованных молекул от реакционной смеси, делают подготовку контрастных веществ HP для биомедицинских приложений МРТ с использованием метода PHIP очень сложной задачей, поскольку эти контрастные вещества должны быть биосовместимыми. и абсолютно не содержит токсичных катализаторов и органических растворителей. Имеются сообщения о производстве PHIP-гиперполяризованных биомолекул, таких как сукцинат25, фосфолактат26,27, производные глюкозы28, пептиды29 и SABRE-гиперполяризованные аминокислоты, пептиды30 и лекарства31. Важно отметить, что все эти результаты были получены с использованием гомогенных катализаторов, которые присутствовали в реакционной смеси вместе с молекулами ГП, что ставит под сомнение потенциальное биомедицинское применение.