Водород активно применяется в химической промышленности. Он обладает восстановительными свойствами, поскольку легко отдаёт свои отрицательно заряженные электроны другим атомам. В результате синтезируются молекулы новых веществ. Например, с помощью таких реакций создаются многие фармпрепараты.
Однако водород как восстановитель имеет существенные минусы, отмечают авторы исследования. Например, он разрушает некоторые нужные для проведения реакции катализаторы, а также имеет низкую избирательность: во время синтеза сложно спрогнозировать, к каким именно атомам перейдут свободные электроны атомов водорода.
Учёные установили, что решить эти проблемы можно, смешав водород с другим восстановителем — угарным газом. Это вещество обладает большей избирательностью, но не столь активно в реакциях, как водород. Смесь газов обладает нужными качествами обоих веществ — избирательностью и активностью, отмечают авторы работы. Благодаря этому синтез-газ может многократно увеличить эффективность некоторых активно применяемых в химической промышленности реакций.
Кроме того, внедрение такой методики может удешевить производство, поскольку в этом случае отпадает необходимость получать чистый водород. Напомним, синтез-газ — продукт первой стадии превращения природного газа и угля в химические продукты, который сам является сырьём для получения водорода.
Практические исследования показали, что использование синтез-газа позволяет получать чистый желаемый продукт в реакции аминирования (присоединение азотсодержащего фрагмента (аминогруппы) к различным молекулам) органических соединений. Когда в данной реакции участвует чистый водород, только 8% получаемого вещества приходится на полезный продукт, а 92% — на побочные соединения. Такая низкая эффективность объясняется тем, что в чистом виде водород разрушает катализатор, который обеспечивает правильное протекание реакции.
Учёные также проверили эффективность синтез-газа ещё в одной реакции, где применили другой катализатор. В итоге выход полезного вещества составил 64%, тогда как в результате аналогичной реакции с участием водорода этот показатель не превышал 6%.
«Наше исследование показало, что синтез-газ в разы более эффективный восстановитель, чем водород. Этот дешёвый промышленный полупродукт позволит упростить синтез многих фармацевтических препаратов, сложных удобрений и других промышленно важных соединений. В дальнейшем мы планируем определить оптимальные условия, при которых синтез-газ выполняет свои функции наилучшим образом», — пояснил кандидат химических наук научный сотрудник группы эффективного катализа ИНЭОС РАН Олег Афанасьев.
