Три металла и новая технология упростят получение ненасыщенных спиртов
При производстве косметики и парфюмерии в качестве компонентов ароматической смеси используют ненасыщенные спирты, то есть спирты, в которых, помимо спиртовой группы, также присутствует двойная связь между атомами углерода. Такие спирты обычно получают из выделяемых из растений ненасыщенных альдегидов. Наиболее доступный, дешевый и экологически безопасный способ превратить альдегиды в спирты — использовать водород на твердом катализаторе. В этом случае водород должен присоединяться в определенном месте молекулы (к карбонильной группе), тем самым восстанавливая ее. Твердый катализатор ускоряет этот процесс и после реакции легко удаляется из жидкой реакционной смеси. Однако существующие коммерческие катализаторы не позволяют избирательно проводить восстановление именно карбонильной группы и не затрагивать двойную связь ненасыщенного альдегида. Кроме того, для протекания процесса зачастую требуются достаточно жесткие условия, такие как нагрев выше 60оС и давление, в десять раз превышающее атмосферное. Поэтому исследователи пытаются разработать катализаторы, которые смогут «заставить» водород присоединяться только к нужному участку ненасыщенных альдегидов.
Ученые из Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (Москва) синтезировали катализаторы на основе наночастиц платины и оксидов церия, а также циркония. Эти элементы авторы выбрали потому, что в более ранних исследованиях выяснили: их комбинации позволяют добиться восстановления альдегидов уже при комнатной температуре и атмосферном давлении. Платину наносили в виде наночастиц почти субнанометрового размера (в десятки раз меньше самых мелких вирусов) на подложку, представляющую собой смешанные оксиды церия и циркония. При этом платина распределялась по носителю в виде отдельных атомов или собиралась в небольшие кластеры.
Затем химики проверили, насколько эффективно реакция шла по нужному пути при участии катализаторов. Эксперименты показали, что разработанный катализатор позволяет получить в 7–12 раз больше коричного спирта из коричного альдегида, нежели при участии коммерческих катализаторов на основе платины или палладия, нанесенных на углерод или оксид кремния. Авторы обнаружили, что в случае новых материалов на платине появлялись активные частицы водорода уже при отрицательных температурах, которые переносились на оксид церия в составе носителя. В результате на поверхности катализатора формировалось большое количество участков — активных центров, — связывающих именно тот фрагмент альдегидов, к которому нужно было присоединить водород.
Также авторы показали, что катализаторы на основе платины, оксидов церия и циркония эффективно «направляли» реакции, протекающие с участием других ненасыщенных альдегидов, тоже использующихся в парфюмерии и фармацевтике. Так, эффективность превращения достигала 95–99%, а избирательность — 55–100% при комнатной температуре и атмосферном давлении. Кроме того, новые катализаторы оказались многоразовыми: их можно было использовать больше четырех раз. Это уменьшит их расход, удешевит конечный продукт и снизит количество отходов.
«В дальнейшем мы бы хотели расширить эти исследования, изучив и другие катализаторы с подложками различного состава, что позволит прогнозировать каталитические свойства систем и создавать катализаторы “направленного” действия. В наших проектах мы стараемся совмещать и фундаментальную науку, и практическое применение катализаторов в органическом синтезе», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Редина, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Catalysis.
News article profiles
Tkachenko Olga
Krylov Igor
Redina Elena
🥼 🤝