Химики СПбГУ обнаружили новую экологичную каталитическую систему

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета создали новую каталитическую систему из амина и органической соли иода. Такая система оказалась более экономичной для производства, чем катализаторы, взятые по отдельности, и более безопасной с экологической точки зрения, чем традиционные катализаторы на основе тяжелых металлов. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале ChemCatChem.

Александра Сысоева (первый автор), д.х.н. Дмитрий Болотин (руководитель группы, руководитель гранта), к.х.н. Михаил Ильин. Фото предоставлено Дмитрием Болотиным

Александра Сысоева (первый автор), д.х.н. Дмитрий Болотин (руководитель группы, руководитель гранта), к.х.н. Михаил Ильин. Фото предоставлено Дмитрием Болотиным

Большинство химических соединений, которые люди используют в повседневной жизни, — это сложные органические соединения, многие из которых требуют больших затрат энергии и времени для производства. Условия их получения могут быть существенно более мягкими при использовании катализаторов — веществ, ускоряющих протекание реакции и позволяющих проводить их в более мягких условиях.

Многие из используемых сегодня катализаторов — производные тяжелых металлов, получение, использование и дальнейшая переработка которых может наносить серьезный экологический ущерб. Альтернативой таким катализаторам являются органические производные, которые проявляют похожие свойства, но не содержат в своем составе металла, а значит, экологически более безопасны.

Ученые Санкт-Петербургского университета изучили два вида органических катализаторов, которые работают в тандеме друг с другом. За счет этого увеличивается выход реакции, приводящей к получению продуктов (электронодефицитных алкенов), имеющих большое практическое значение в качестве прекурсоров синтеза широкого разнообразия органических соединений.

Одним из катализаторов выступает амин — недорогое и широко распространенное соединение, которое часто используется для ускорения реакций. Амины применяются в производстве лекарственных препаратов, производстве пластмасс и красителей, а также в качестве антиоксидантов, пестицидов. Другой катализатор — органическая соль иода, которая и выступает заменой металлсодержащему катализатору.

Во время экспериментов химики СПбГУ установили, что добавление иодорганического соединения приводит к увеличению выхода продукта в несколько раз. Кроме того, один раз в результате реакции удалось получить продукт, который почти не образовывался в отсутствие такого катализатора.

«Мы доказали, что иодорганическое соединение способно ускорять реакцию, катализируемую амином. Фактически нам удалось катализировать катализируемую реакцию — что, в целом, весьма удивительно и относительно редко для химических реакций. Кроме того, это первый пример такого процесса, реализованного для катализаторов нового поколения на основе иода», — рассказал автор исследования, профессор кафедры органической химии СПбГУ Дмитрий Болотин.

Обнаруженный учеными университета тип катализа с участием производных иода позволит более экономично, а главное, экологично получать важные химические соединения, перспективные для применения в фармацевтике, производстве бытовой химии и других направлениях.

Такой тип катализатора в итоге способен не только уменьшать стоимость химических соединений, но и потенциально может снизить антропогенную нагрузку на экологию, обусловленную химическим производством. Так, иодорганические соединения, в отличие от металлсодержащих катализаторов, легко могут быть выделены из реакционной смеси в неизменном виде и использованы повторно.

В случае необходимости их переработки отсутствует стадия аффинажа металла, которого в данном случае просто нет. Именно этот этап наиболее сложный, так как предполагает трудоемкий процесс переработки металлсодержащих отходов и регенерирования металла.

В работе использовалось оборудование ресурсных центров «Магнитно-резонансные методы исследования» и «Методы анализа состава вещества» Научного парка СПбГУ. Проект «Органокатализ на основе носителей сигма-дырок как инструмент для перехода к экологичным энерго- и ресурсосберегающим процессам» поддержан грантом Российского научного фонда. Санкт-Петербургский государственный университет является лидером по количеству поддержанных РНФ проектов.

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ


Источник