Исследователи Лаборатории тонкого органического синтеза ИОХ РАН разработали экологически чистый подход к окислению бензиловых спиртов, комбинирующий графитоподобный нитрид углерода (gC₃N₄) в качестве фотокатализатора и сверхкритический диоксид углерода (scCO₂) в качестве реакционной среды. Эта работа открывает новые перспективы устойчивого развития химической промышленности за счет снижения экологической нагрузки и повышения эффективности фотокаталитического процесса.
Катализатор и реакционная среда нового поколения: gC3N4 и scCO₂
В ходе исследования ученые сконцентрировались на изучении фотокаталитического потенциала gC₃N₄, нетоксичного и экономичного полупроводникового материала. Они рассмотрели шесть вариантов катализатора, различающихся как исходными материалами, так и способами их получения и модификации. Наиболее эффективным оказался мезопористый gC3N4, содержащий в своей структуре эфирные линкеры. Такой материал продемонстрировал исключительную активность при превращении производных бензилового спирта в соответствующие бензальдегиды — ключевые вещества для фармацевтической и химической отраслей.
Использование scCO₂ в качестве реакционной среды стало настоящим прорывом. Этот растворитель не токсичен, не горюч, практически неограниченно смешивается с кислородом и прозрачен для света в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Эти свойства среды позволили повысить селективность и скорость процесса фотокаталитического окисления, обеспечивая более чистое производство с минимальным количеством отходов.
Преимущества метода
Предложенная методика обладает рядом существенных преимуществ.
- Устойчивость и безопасность: процесс полностью исключает использование токсичных и дорогостоящих металлических катализаторов, минимизируя воздействие на окружающую среду.
- Эффективность: температура реакции снижена до 45°C, а загрузка катализатора уменьшена в пять раз по сравнению с традиционными методами.
- Практичность: scCO₂ – превосходная среда и для фотокаталитической реакции, и для in situ модификации (эксфолиации) графитоподобного катализатора, что позволяет проводить оба процесса одновременно, сокращая количество стадий процесса.
Новый метод открывает широкие возможности для применения в производстве лекарств, агрохимии и других отраслях, где требуется экологически чистое и высокоселективное окисление.
