«В разы более эффективный»: учёные из РФ нашли способ повысить продуктивность химических реакций с помощью синтез-газа

Российские исследователи разработали новый способ проведения химических реакций с использованием синтез-газа — смеси водорода и угарного газа. Как выяснилось, синтез-газ обеспечивает гораздо большую производительность, чем только водород, и позволяет получить чистый желаемый продукт, снизив объёмы побочных соединений. По мнению авторов работы, внедрение такого метода позволит упростить выпуск многих фармацевтических препаратов, сложных удобрений и других промышленно важных веществ.

• Gettyimages.ru
• © WLADIMIR BULGAR/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Учёные из группы эффективного катализа Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) разработали новый способ проведения реакций восстановления в органической химии. Речь идёт о применении вместо чистого водорода синтез-газа — смеси водорода с угарным газом. Новый метод позволит упростить производство многих фармацевтических препаратов, сложных удобрений и других промышленно важных соединений. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ). Соответствующее исследование опубликовано в журнале ACS Catalysis.

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.

• Автоклавы, в которых были проведены реакции
• © Олег Афанасьев

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.

Источник