Ученые Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Волгоградского государственного технического университета создали новые прекурсоры (предшественники) катализаторов процессов гидрирования на основе комплексов меди(II) с фуранкарбоновыми кислотами и аминопиридинами. Оказалось, что строение исходного комплекса позволяет управлять структурой каталитической поверхности и тем самым менять активность, селективность и устойчивость катализатора.
Гидрирование широко применяется в органическом синтезе, нефтехимии и нефтепереработке. Обычно в таких процессах используют катализаторы на основе благородных металлов — платины, палладия, родия и рутения. Поэтому одна из важных задач современной химии — создание более доступных каталитических систем, способных работать при низких температурах и атмосферном давлении водорода.
Исследователи получили несколько комплексов меди(II) с 2- и 3-фуранкарбоновыми кислотами и аминопиридинами. Эти соединения различались пространственным расположением лигандов — цис- и транс-формами. Эксперименты показали, что структура прекурсора влияет на размер и распределение образующихся частиц металлической меди, а значит — на свойства будущего катализатора.
Новые системы испытали в двух процессах. При непрерывном гидрировании дициклопентадиена лучший катализатор на основе 3-фуранкарбоновой кислоты обеспечил 100%-ную селективность по продукту селективного восстановления при конверсии 48% и сохранял стабильность при работе в потоке. При восстановлении нитробензола катализаторы на основе 2-фуранкарбоновой кислоты обеспечивали 100%-ный выход анилина в течение трех каталитических циклов, тогда как системы на основе 3-фуранкарбоновой кислоты теряли активность уже во втором цикле.
В ходе экспериментов оказалось, что пространственная структура комплекса (прекатализатора) влияет на морфологию образующейся активной фазы меди, а значит на активность, селективность и стабильность получаемых катализаторов. Коллеги из ВолгГТУ провели эксперименты по гидрированию дициклопентадиена в условиях непрерывного процесса и восстановлению нитробензола в периодических условиях. Для непрерывного гидрирования дициклопентадиена лучшие результаты показал образец с более мелкодисперсным распределением меди на основе 3-фуранкарбоновой кислоты, который продемонстрировал 100% селективность по продукту селективного восстановления при 48% конверсии с хорошими показателями стабильности работы в потоке. Гидрирование же нитробензола в жидкой фазе с использованием боргидрида натрия в качестве источника водорода показало, что катализаторы, полученные на основе 2-фуранкарбоновой кислоты, продемонстрировали 100% выход анилина в течение трех каталитических циклов, — прокомментировала исследование ведущий научный сотрудник Лаборатории химии координационных полиядерных соединений ИОНХ РАН, доктор химических наук Ирина Луценко.
Таким образом, химический состав и пространственное строение исходного комплекса позволяют заранее влиять на формирование поверхности катализатора и подбирать ее под конкретный процесс. Такой подход перспективен для энергоэффективных процессов гидрирования, работающих при атмосферном давлении водорода.
В дальнейшем авторы планируют модифицировать наиболее эффективные каталитические поверхности редкоземельными элементами. Это может повысить дисперсность металлической фазы и дополнительно увеличить каталитическую активность.
Результаты опубликованы в журнале Dalton Transactions.
Работа выполнена в рамках Государственного задания № 075-00276-25-00 Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
Иллюстрация: ИОНХ РАН
Источник: Минобрнауки России
