Химическая посуда очищает раствор от кислорода

Посуда, внутренняя поверхность которой несет фермент глюкозооксидазу, может удалять из реакционной смеси кислород — он превращается в перекись водорода

Разработана новая лабораторная посуда, которая удаляет кислород из налитой в нее жидкости. Чтобы активировать столь полезное свойство, нужно внести в колбу немного глюкозы, и после этого можно проводить реакции, чувствительные к кислороду, не изолируя реакционную смесь от окружающей среды («Chemical Communicatoins», 2019).

В любом органическом растворителе содержится небольшое количество растворенного кислорода, и это головная боль многих химиков-синтетиков. Множество реакций чувствительно к кислороду — он может окислить конечный или промежуточный продукт, дезактивировать металлокомплексный катализатор, остановить процесс полимеризации или направить его по пути образования побочных продуктов. От кислорода избавляются разными способами, в зависимости от того, насколько чувствительно к нему содержимое колбы: пробулькивают через раствор аргон или проводят процесс в изолированном от окружающей среды перчаточном боксе. Существующие методы деоксигенации реакционной смеси утомительны, требуют времени и ресурсов, поэтому новая посуда наверняка понравится химикам.

Чтобы получить деоксигенирующее стекло, исследователи из Мельбурнского университета, работающие в группе Грега Цзяо, привили альдегиды к внутренней поверхности обычных флаконов и мерных цилиндров, после чего добавили раствор фермента глюкозооксидазы. Альдегидные группы провзаимодействовали с аминогруппами белка и закрепили фермент на поверхности стекла. Посуда к работе готова.

Принцип ее действия таков: в посуду помещают реакционную смесь с добавкой глюкозы. Иммобилизованный на стекле фермент катализирует ее окисление тем самым кислородом, который растворен в реакционной смеси: фермент катализирует восстановление кислорода до перекиси водорода, попутно окисляя глюкозу до глюколактона, который гидролизуется до глюконовой кислоты. (Перекись водорода затем превращается в гидроксильные радикалы и реакции не мешает.) Так как кислорода в органических растворителях обычно мало, а фермент заставляет реакцию протекать быстро, весь кислород успевает израсходоваться на окисление глюкозы прежде, чем вмешается в основной процесс, протекающий в колбе. Метод подходит для воды и любых органических растворителей, смешивающихся с водой.

Цзяо с коллегами разработали новый тип посуды не для того, чтобы сделать счастливыми всех химиков-органиков, они решали собственные проблемы. Группа Цзяо изучает особо чувствительный к кислороду вид полимеризации, полимеризацию путем обратимого присоединения и фрагментирования, и в какой-то момент, устав от хлопот с деоксигенацией, они подумали, что неплохо бы завести посуду, которая сама позаботится обо всем.

Деоксигенирующую посуду можно использовать многократно. Фермент сохраняет активность как минимум в течение 45 дней при комнатной температуре, а также после девяти химических синтезов с применением метанола как растворителя, последующим мытьем посуды и деликатной сушкой.

Когда же новая посуда появится в лабораториях? Исследователи говорят, что очень скоро: они хотят еще увеличить стабильность фермента, закрепленного на стекле, и после этого производство такой посуды будет запущено.

Понятно, что новинка подойдет не всем. Как несложно догадаться, для тех реакций, на ход которых могут повлиять гидроксильные и альдегидные группы молекул глюкозы, удалять кислород из растворителей или реакционной смеси придется старыми добрыми способами.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 9/2019) на с. 6.