Новости

27 мая, 2022 12:14

Синтез-газ поможет удешевить и сделать более эффективным производство лекарств и удобрений

Российские ученые в разы увеличили эффективность реакций восстановления в органической химии с помощью синтез-газа. Этот дешевый промышленный полупродукт, состоящий из смеси водорода и угарного газа, получают из метана, угля или другого ископаемого сырья. Ранее реакции восстановления — важные превращения при синтезе лекарств и удобрений — проводили с помощью чистого водорода, но предложенная авторами альтернатива оказалась гораздо более успешной. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ACS Catalysis.
«Родиевое зеркало», до которого разрушается родиевый катализатор в присутствии водорода. В таком состоянии катализатор неактивен. Источник: Олег Афанасьев
Принцип работы синтез-газа и водорода в качестве восстановителя. Источник: Олег Афанасьев
Автоклавы, в которых были проведены реакции. Источник: Олег Афанасьев
3 / 4
«Родиевое зеркало», до которого разрушается родиевый катализатор в присутствии водорода. В таком состоянии катализатор неактивен. Источник: Олег Афанасьев
Принцип работы синтез-газа и водорода в качестве восстановителя. Источник: Олег Афанасьев
Автоклавы, в которых были проведены реакции. Источник: Олег Афанасьев
 
Водород способен легко отдавать электроны, благодаря чему участвует в самых разных химических превращениях. В них он наполняет своими электронами другие молекулы, разрывая часть связей внутри них. Эти молекулы, в свою очередь, восстанавливаются, принимая от него отрицательно заряженные частицы. Например, уксусная кислота, отдав кислород и получив электроны, становится этиловым спиртом — веществом с совершенно другими свойствами. Подобные реакции восстановления широко используются в химической промышленности и фармацевтике. Так, взаимодействие водорода с азотом используют при производстве удобрений, а восстановительное аминирование — присоединение азотсодержащего фрагмента (аминогруппы) к различным молекулам — при синтезе каждого пятого лекарства.
 
Несмотря на удобство водорода в качестве восстановителя, или, другими словами, «поставщика» электронов, его использование часто связано с рядом ограничений. Например, это соединение разрушает некоторые катализаторы, а также имеет низкую избирательность, то есть в реакции водород может разорвать связи и отдать свои электроны не только тому фрагменту молекулы, которой они необходимы. Чтобы избежать подобных побочных эффектов, ученые ищут альтернативные восстановители. Один из наиболее перспективных на сегодняшний день — угарный газ (СО). Он более избирателен, чем водород, но не такой активный.
 
Ученые из группы эффективного катализа Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва) предложили проводить реакции восстановления с помощью синтез-газа — смеси водорода и угарного газа. Эта комбинация не только позволила совместить высокую активность первого компонента и избирательность второго, но и привела к синергическому эффекту, в частности, обеспечила гораздо большую производительность, чем при использовании каждого из восстановителей по отдельности.
 
Авторы на практике проверили эффективность предложенного восстановителя в реакции аминирования органических соединений. Оказалось, что метод позволяет получить только чистый желаемый продукт, тогда как в реакции с использованием водорода его выход составил лишь 8%, а остальные 92% приходились на долю побочных продуктов. Ученые объяснили такие низкие показатели тем, что водород разрушает родиевый катализатор, без которого данная реакция невозможна, в то время как синтез-газ создает благоприятные условия для его эффективной работы.
 
Чтобы убедиться, что синтез-газ оказывается более эффективным восстановителем, чем водород, и в других химических превращениях, авторы провели еще одну восстановительную реакцию, в которой катализатором был другой металл — рутений. В результате химики получили желаемый продукт — эфир уксусной кислоты — с выходом 64%, тогда как при использовании водорода он не превышал 6%.
 
«Наше исследование показало, что синтез-газ — в разы более эффективный восстановитель, чем водород. Этот дешевый 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», — рассказывает Олег Афанасьев, кандидат химических наук, научный сотрудник группы эффективного катализа ИНЭОС РАН.
29 февраля, 2024
Химики СПбГУ синтезировали нетоксичные соединения, перспективные для терапии рака груди
Учение разработали линейку соединений, которые могут вмешиваться в метаболические процессы раковых к...
28 февраля, 2024
Вещество из печени дальневосточного кальмара уменьшило воспаление при повреждении почек
Ученые показали, что вещество, выделенное из печени дальневосточного кальмара, снижает воспаление в ...