Топ-5 реакций, в которых проявляется иридиевый катализ

За многими современными лекарствами, материалами и энергетическими системами стоит иридиевый катализатор, выполняющий тяжелую работу. Известный своей точностью и долговечностью, иридий помогает химикам проводить реакции, которые в противном случае были бы медленными или неэффективными. Вот пять примеров того, почему иридиевый катализ стал таким важным.

[1]

Асимметричное гидрирование - точность на молекулярном уровне

Асимметричное гидрирование - это, пожалуй, самое известное применение иридиевого катализа. Гидрогенизация ненасыщенных соединений, таких как алкены или имины, позволяет получить хиральные продукты с очень высокой энантиоселективностью в этой реакции. Комплексы иридия, особенно те, которые содержат хиральные фосфиновые или N-гетероциклические карбеновые лиганды, эффективны для субстратов, которые слабо активированы или стерически затруднены.

Отличие иридия в том, что он способен гидрировать нефункционализированные или даже минимально замещенные алкены, которые обычно представляют проблему для систем на основе родия или рутения. Эти Ir-катализаторы демонстрируют точный контроль стереохимии, работая при весьма умеренных давлениях и температурах. Это делает их незаменимыми в фармацевтическом синтезе, поскольку абсолютная конфигурация молекулы может определять биологическую активность или безопасность.

В промышленности катализируемое иридием асимметрическое гидрирование находит широкое применение в производстве API, агрохимикатов и продуктов тонкой химии, для которых воспроизводимость оптической чистоты не подлежит обсуждению.

Борилирование C-H - прямая функционализация без труда

Борилирование C-H является одним из преобразующих методов органического синтеза, а катализатором этой реакции служат иридиевые катализаторы. Это означает, что традиционно углерод-водородные связи не поддавались прямой функционализации, если не проводились предварительные стадии активации, например галогенирование. Катализируемое иридием борилирование C-H позволяет напрямую превратить эти инертные связи C-H в универсальные связи C-B.

Комплексы иридия с бипиридиновыми и фенантролиновыми лигандами демонстрируют исключительно высокую селективность и эффективность, особенно в ароматических и гетероароматических системах. Полученные бороновые эфиры являются ценными промежуточными соединениями, поскольку легко превращаются в спирты, амины или углерод-углеродные связи в реакциях кросс-сочетания.

Это особенно важно для медицинской химии, где возможность проведения функционализации на поздних стадиях позволяет химикам быстро разнообразить ведущие соединения. Таким образом, иридиевый катализ обеспечивает предсказуемую региоселективность, сокращая количество проб и ошибок и экономя драгоценное время на разработке".

[2]

Трансферное гидрирование - водород без водородного газа

Еще одна область применения иридиевого катализа - гидрогенизация переноса. В этих реакциях можно обойтись без использования молекулярного водорода и использовать доноры водорода, такие как спирты, муравьиная кислота или амины. Иридиевые катализаторы эффективно опосредуют перенос водорода, что безопаснее, а иногда и практичнее традиционных методов гидрирования.

Именно по этой причине системы на основе иридия гораздо более надежны и устойчивы к различным функциональным группам. Поэтому они хорошо подходят для гидрирования кетонов, альдегидов и иминов в сложных молекулах. Реакции часто протекают в мягких условиях, что позволяет минимизировать побочные реакции и защитить чувствительные функциональные группы.

Трансферное гидрирование также хорошо вписывается в рамки "зеленой" химии с точки зрения экологической безопасности. Таким образом, иридиевый катализ поддерживает более безопасную лабораторную практику и масштабируемые промышленные процессы, позволяя отказаться от использования газообразного водорода под высоким давлением и использовать более безвредные источники водорода.

Изомеризация олефинов - контролируемая перегруппировка двойных связей

Изомеризация олефинов включает в себя изменение положения или геометрии углерод-углеродных двойных связей. Однако, несмотря на то, что это звучит просто, трудно добиться высокой селективности без перевосстановления и полимеризации. Реакции в значительной степени контролируются иридиевыми катализаторами.

Гидридные комплексы иридия могут селективно изомеризовать терминальные алкены во внутренние алкены или управлять их геометрией E/Z с высокой стереоселективностью. Это имеет первостепенное значение для парфюмерной химии, синтеза полимерных прекурсоров и тонкой химии, где положение двойной связи оказывает непосредственное влияние на физические и химические свойства.

По сравнению с другими переходными металлами иридий часто может контролировать реакционные пути, что позволяет химику настраивать молекулярные структуры, а не полагаться на равновесную смесь.

Окисление воды и окислительно-восстановительные реакции, связанные с энергией

Помимо органических синтезов, иридиевый катализ также незаменим в химии, связанной с энергией, например, в окислении воды. Оксид иридия и молекулярные комплексы иридия относятся к наиболее активным катализаторам реакции выделения кислорода - важнейшего этапа производства водорода путем расщепления воды.

Высокая устойчивость иридия к коррозии и окислению позволяет ему работать в жестких электрохимических условиях, связанных с эффективным ОЭР. Хотя дефицит и стоимость иридия слишком высоки, чтобы обеспечить его широкое применение, он, тем не менее, остается эталонным катализатором, по которому оценивают новые материалы.

В частности, иридиевый катализ напрямую связан с технологиями возобновляемых источников энергии, такими как электролизеры ПЭМ и исследования искусственного фотосинтеза.

Таблица 1: Важные реакции, в которых иридиевый катализ имеет ключевые преимущества

Более подробное сравнение можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).

Заключение

Иридиевый катализ занимает исключительное место в палитре современной химии, обеспечивая беспрецедентную селективность, устойчивость к функциональным группам и стабильность в самых сложных условиях. Он позволяет осуществлять прецизионный асимметрический синтез, от академических диковинок до промышленных процессов, и делает ключевые шаги вперед в технологиях возобновляемой энергетики. Иридий будет и дальше определять будущее катализа.

Ссылки:

[1] Yanhui Yu, Gai Li, Yutong Xiao, Chi Chen, Yuhang Bai, Tianjiao Wang, Jing Li, Yingjie Hua, Daoxiong Wu, Peng Rao, Peilin Deng, Xinlong Tian, Yuliang Yuan, Iridium-based electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction, Journal of Energy Chemistry, Volume 103, 2025, Pages 200-224, ISSN 2095-4956.

[2] Институт зеленой химии ACS (n.d.). Катализируемое металлами борилирование через активацию C-H. Получено 19 декабря 2025 года.