Российские ученые создали новый катализатор — вещество, ускоряющее реакцию окисления малоактивных, то есть плохо реагирующих, компонентов нефти и газа. Новый метод переработки углеводородов позволит получить такие ценные органические вещества, как альдегиды, спирты и прочее, даже при относительно низких температурах и давлениях. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Organometallic Chemistry.
«Созданные нами катализаторы содержат кремний (или германий) и металлы (медь, железо, кобальт и др.) и способны без труда разрывать связи между атомами углерода и водорода в насыщенных и ненасыщенных углеводородах (являющихся основными компонентами нефти и газа), переводя их в ценные продукты: спирты, кислоты, альдегиды, эфиры, органические перекиси. Об актуальности такой тематики говорит один факт: работы по активации связей углерод-водород были в шорт-листе номинантов на Нобелевскую премию по химии 2017 года», — рассказывает один из авторов статьи, ассистент кафедры неорганической химии РУДН Алексей Биляченко.
В ходе работы ученые применяли синтетические методы, использующие способность органических производных кремния и германия формировать необычные трехмерные структуры, включающие атомы различных металлов. Такой каркас обеспечивает высокую растворимость катализатора в органических веществах и тем самым увеличивает время его действия. Кроме того, сама структура матрицы обуславливает направление «каталитической атаки» (например, окисление органической молекулы происходит строго в определенном месте).
Синтезированные катализаторы относятся к семейству металлосилсесквиоксанов — соединений в виде призматической решетки из оксида кремния или германия (по краям) и оксидов металлов (в средней части), соединенной с углеводородными циклами.
Структурные особенности и «ядерность» (число атомов металла в составе) сильно зависят от условий получения катализатора, что создает определенные сложности для исследователя. Одним из главных результатов данной работы является то, что группа определила необходимые компоненты реакционной смеси, позволяющие получить продукт с определенным количеством атомов металла (это определяет активность катализатора, а также его избирательность в отношении молекул-мишеней). В частности, при создании пяти- и шестиядерных соединений с медью и никелем показано сильное влияние на выход реакции наличия в реакционной смеси вещества пиридина.
Еще одним открытием стала возможность синтеза пятиядерных кобальтсилсесквиоксанов в присутствии доступного и широко распространенного в лабораторной работе растворителя диметилформамида. Рентгеноструктурные методы исследования позволили определить, что конечное соединение состоит из одинаковых ячей и, следовательно, стабильно и имеет высокую точность прицела «каталитической атаки». Более того, оно обладает хорошей устойчивостью к переходам между жидким и твердым состоянием, что может быть полезно в дальнейшем практическом использовании. Эти факторы определяют увеличение времени использования и эффективность катализатора.
Со своей основной задачей, ускорением реакции окисления углеводородов нефти и газа, синтезированное вещество тоже отлично справляется (как было выяснено в экспериментах с медьсодержащими силсесквиоксанами различной ядерности). Примечательно, что данные реакции проходят при «мягких» условиях: относительно низких температуре и давлении. Это значительно упрощает их использование в качестве промышленного катализатора, так как обычная технология требует поддержания температуры в несколько сотен градусов и давления порядка десятка атмосфер при помощи сложного и дорогостоящего оборудования.
Источник: indicator.ru
