Новая технология упростит получение ненасыщенных спиртов для промышленности

Специалисты Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН синтезировали катализатор на основе наночастиц платины, оксидов церия и циркония. Он позволяет превращать ненасыщенные альдегиды в ненасыщенные спирты. Такая реакция нужна при создании духов, отдушек и лекарств.

При использовании нового катализатора избирательность и эффективность процесса достигли 100%. По словам ученых, это значит, что при синтезе протекала только необходимая им реакция, после которой не оставалось побочных продуктов.

При производстве косметики и парфюмерии в качестве компонентов ароматической смеси используют ненасыщенные спирты – те, в которых, помимо спиртовой группы, также присутствует двойная связь между атомами углерода. Такие спирты обычно получают из выделяемых из растений ненасыщенных альдегидов. Наиболее доступный, дешевый и экологически безопасный способ превратить альдегиды в спирты — использовать водород на твердом катализаторе. В этом случае водород должен присоединяться в определенном месте молекулы (к карбонильной группе), тем самым восстанавливая ее. Твердый катализатор ускоряет этот процесс и после реакции легко удаляется из жидкой реакционной смеси. 

Химики синтезировали катализаторы на основе наночастиц платины и оксидов церия, а также циркония. Эти элементы авторы выбрали потому, что в более ранних исследованиях выяснили: их комбинации позволяют добиться восстановления альдегидов уже при комнатной температуре и атмосферном давлении. Платину наносили в виде наночастиц почти субнанометрового размера на подложку, представляющую собой смешанные оксиды церия и циркония. При этом платина распределялась по носителю в виде отдельных атомов или собиралась в небольшие кластеры.

Ученые проверили, насколько эффективно реакция шла по нужному пути при участии катализаторов. Оказалось, что разработанный катализатор позволяет получить в 7–12 раз больше коричного спирта из коричного альдегида, чем при участии коммерческих катализаторов на основе платины или палладия, нанесенных на углерод или оксид кремния. В случае новых материалов на платине появлялись активные частицы водорода уже при отрицательных температурах, которые переносились на оксид церия в составе носителя. В результате на поверхности катализатора формировалось большое количество участков — активных центров, — связывающих именно тот фрагмент альдегидов, к которому нужно было присоединить водород.

Катализаторы на основе платины, оксидов церия и циркония эффективно «направляли» реакции, протекающие с участием других ненасыщенных альдегидов, тоже использующихся в парфюмерии и фармацевтике. Так, эффективность превращения достигала 95–99%, а избирательность — 55–100% при комнатной температуре и атмосферном давлении. Кроме того, новые катализаторы оказались многоразовыми: их можно было использовать больше четырех раз. Это уменьшит их расход, удешевит конечный продукт и снизит количество отходов.

«В дальнейшем мы бы хотели расширить эти исследования, изучив и другие катализаторы с подложками различного состава, что позволит прогнозировать каталитические свойства систем и создавать катализаторы “направленного” действия. В наших проектах мы стараемся совмещать и фундаментальную науку, и практическое применение катализаторов в органическом синтезе», — рассказала руководитель проекта Елена Редина, старший научный сотрудник Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Catalysis.