Катализатор с «перевернутой» структурой упростит получение аминов
Российские ученые создали катализатор, который помогает получать первичные амины при комнатной температуре и обычном давлении. Эти вещества нужны для лекарств, полимеров, красителей и другой химической продукции.
Источник: Елена Редина / Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН. Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, к.х.н., с.н.с. Елена Редина в лаборатории.
МОСКВА, 22 июня. /Новости науки/. Ученые разработали катализатор с «обращенной» структурой, который позволяет получать первичные амины при комнатной температуре и атмосферном давлении. Об этом сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Первичные амины используют при создании лекарств, в том числе антибиотиков и антидепрессантов. Эти вещества также нужны для производства полимеров, красок и пестицидов. Обычно их получают из нитрилов — соединений, содержащих азот и углерод. Для этого к ним присоединяют атомы водорода. Такой процесс называют гидрированием.
Главная трудность такого синтеза в том, что реакция часто требует сильного нагрева, высокого давления и токсичных растворителей. Кроме того, при ней могут образовываться побочные вещества. Это снижает выход нужного продукта и удорожает производство.
Исследователи из Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН совместно с коллегой из Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН создали катализатор на основе наночастиц палладия. Их нанесли на оксид титана и дополнительно покрыли оксидом хрома.
Авторы называют такую структуру «перевернутой». Обычно активный металл наносят на оксидную подложку, которая удерживает частицы и мешает им слипаться. В новой работе ученые дополнительно модифицировали сами наночастицы палладия оксидом переходного металла — оксидом хрома.
Такой подход изменил работу катализатора. Оксид хрома помог создать новые активные центры и усилил связывание водорода с палладием. Это важно, потому что ключевой этап гидрирования связан с активацией водорода на поверхности катализатора. В результате образуется гидрид палладия, который обеспечивает активность системы.
Эксперименты показали, что катализатор с содержанием хрома всего 0,18% от общего числа атомов ускорял реакцию в 30 раз по сравнению с образцом без оксида хрома и коммерческим катализатором на основе палладия и углерода. Новый состав также оказался в пять раз избирательнее аналогов. Благодаря этому исследователи получили целевые амины без примесей — со 100% чистотой.
«Разработанные нами катализаторы на сегодняшний день не имеют аналогов. Однако наша работа — это междисциплинарное исследование. Создание новых катализаторов невозможно без понимания механизма процессов как на стадии синтеза каталитической системы, так и при проведении реакции на полученном катализаторе», — сказала руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН Елена Редина.
По словам Рединой, в дальнейшем ученые планируют применить этот подход к созданию других катализаторов с обращенной структурой. Они также оценят, как разные оксиды переходных металлов влияют на свойства таких систем и их активность.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале ACS Catalysis.
Первичные амины используют при создании лекарств, в том числе антибиотиков и антидепрессантов. Эти вещества также нужны для производства полимеров, красок и пестицидов. Обычно их получают из нитрилов — соединений, содержащих азот и углерод. Для этого к ним присоединяют атомы водорода. Такой процесс называют гидрированием.
Главная трудность такого синтеза в том, что реакция часто требует сильного нагрева, высокого давления и токсичных растворителей. Кроме того, при ней могут образовываться побочные вещества. Это снижает выход нужного продукта и удорожает производство.
Исследователи из Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН совместно с коллегой из Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН создали катализатор на основе наночастиц палладия. Их нанесли на оксид титана и дополнительно покрыли оксидом хрома.
Авторы называют такую структуру «перевернутой». Обычно активный металл наносят на оксидную подложку, которая удерживает частицы и мешает им слипаться. В новой работе ученые дополнительно модифицировали сами наночастицы палладия оксидом переходного металла — оксидом хрома.
Такой подход изменил работу катализатора. Оксид хрома помог создать новые активные центры и усилил связывание водорода с палладием. Это важно, потому что ключевой этап гидрирования связан с активацией водорода на поверхности катализатора. В результате образуется гидрид палладия, который обеспечивает активность системы.
Эксперименты показали, что катализатор с содержанием хрома всего 0,18% от общего числа атомов ускорял реакцию в 30 раз по сравнению с образцом без оксида хрома и коммерческим катализатором на основе палладия и углерода. Новый состав также оказался в пять раз избирательнее аналогов. Благодаря этому исследователи получили целевые амины без примесей — со 100% чистотой.
«Разработанные нами катализаторы на сегодняшний день не имеют аналогов. Однако наша работа — это междисциплинарное исследование. Создание новых катализаторов невозможно без понимания механизма процессов как на стадии синтеза каталитической системы, так и при проведении реакции на полученном катализаторе», — сказала руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН Елена Редина.
По словам Рединой, в дальнейшем ученые планируют применить этот подход к созданию других катализаторов с обращенной структурой. Они также оценят, как разные оксиды переходных металлов влияют на свойства таких систем и их активность.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале ACS Catalysis.
