Сталелитейная промышленность очень важна для экономики страны. На заводах делают сварные рельсы, стальные листы, проволоку, трубы и многое другое. Основной побочный продукт такого производства — конвертерный газ, который некуда девать. Он содержит токсичный угарный газ (CO), поэтому его обычно сжигают, превращая в углекислый (CO2). Диоксид углерода затем попадает в атмосферу.
Химики предложили извлечь из этих газообразных отходов пользу. Они успешно испытали технологию получения одного из важнейших лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) — парацетамола — с использованием конвертерного газа. В Российском научном фонде (РНФ) рассказали о работе, которая объединит усилия фармацевтов и металлургов.
Как закалялась сталь
Кислородно-конвертерный процесс — один из основных способов изготовления стали. В нем через расплавленный чугун продувают кислород. В результате получается сталь, а попутно образуется конвертерный газ — побочный продукт сталелитейного производства. Ежегодно приходится выбрасывать миллионы тонн этого газа.
Ученые заметили, что CO может служить эффективным восстановителем в других химических процессах. Это значит, что при нынешнем способе утилизации конвертерного газа происходит растрата огромного количества полезного реагента, который можно было бы применить в других областях. К сожалению, пока не существует способа, который позволил бы использовать конвертерный газ из производства напрямую, без предварительной очистки.
Исследователи из группы эффективного катализа Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва), Технического университета Остравы (Чехия) и Института катализа имени Лейбница (Германия) смогли доказать, что конвертерный газ можно применить для создания различных органических соединений, в том числе и фармацевтических препаратов.
Ученые использовали конвертерный газ для удаления атомов кислорода из нитросоединений, содержащих группу -NO2, и карбоновых кислот, имеющих фрагмент -COOH. В результате образовывалась прочная амидная связь, подобная той, что соединяет аминокислоты в природных белках.
Дешево, легко, доступно
Таким образом авторы смогли получить парацетамол — известное жаропонижающее, которое входит в список важнейших лекарственных средств ВОЗ. При оптимальных условиях масса образовавшегося парацетамола составляла 99% от теоретически рассчитанной. При этом исследователи использовали доступные катализаторы, а растворителем в реакции может быть вода. Это упрощает процесс синтеза и делает его привлекательным для промышленной химии. Аналогично авторы получили 14 других важных органических соединений, например, гербицид пропанил и противогрибковый препарат бутенафин.
«Мы уже много лет работаем в области органического синтеза. И часто сталкиваемся с тем, что для проведения той или иной реакции необходимо использовать специально производимые для этих целей реагенты, например, комплексные гидриды», — рассказал руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН Олег Афанасьев.
По его словам, в этой работе удалось показать, что даже в довольно сложных реакциях можно применять не только высокочистые специализированные реагенты, но и то, что в огромных количествах выбрасывает промышленность.
«Мы надеемся, что применение предложенного нами подхода позволит не только удешевить производство важных фармацевтических субстанций, но и в какой-то степени сместить фокус работы химиков на разработку как можно более простых систем, позволяющих эффективно синтезировать важные органические соединения», — добавил ученый.
Новая технология снизит стоимость лекарственных препаратов – для их изготовления теперь можно использовать широкодоступный реагент. Кроме того, разработанный подход показывает возможность использования конвертерного газа вместо CO и в других процессах с его участием: например, в синтезе уксусной кислоты или мочевины, необходимой для получения удобрений.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Chemical Science.
