Группа российских ученых создала уникальный наноструктурированный катализатор, позволяющий синтезировать первичные амины при комнатной температуре и атмосферном давлении. Разработка превосходит существующие мировые аналоги по уровню избирательности и эффективности, что позволит существенно удешевить и упростить процесс производства сырья для лекарственных средств, полимеров и красителей. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), а его результаты опубликованы в научном журнале ACS Catalysis.
Технологический прорыв в синтезе аминов
Новый катализатор разработан коллективом российских химиков под руководством старшего научного сотрудника Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (Москва) Елены Рединой совместно с коллегами из Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН, о чем сообщает пресс-служба РНФ. Конструктивно материал представляет собой наночастицы палладия, нанесенные на подложку из оксида титана, в структуру которых встроено строго определенное количество молекул оксида хрома.
Ученым удалось подобрать такую конфигурацию, при которой катализатор эффективно взаимодействует с молекулами нитрилов (соединений азота и углеводородов) без экстремального внешнего воздействия. В ходе реакции водород присоединяется к атомам азота, формируя аминогруппу внутри углеводородной цепочки с минимальным образованием побочных продуктов.
«Ранее синтез первичных аминов требовал жестких условий — сильного нагрева, высоких давлений и токсичных растворителей. В дополнение к этому, разработка оказалась в 30 раз эффективнее и в пять раз избирательнее аналогов, благодаря чему химикам удалось синтезировать целевые продукты без примесей — со 100% чистотой».
— Пресс-служба, Российский научный фонд (РНФ)
Инновация в структуре наноматериала
Ключевой особенностью созданного катализатора является изменение классической процедуры его синтеза. Обычно для предотвращения «слипания» активных металлов их наночастицы сразу наносят на оксидную подложку. Российские исследователи модифицировали этот процесс: они сначала покрыли наночастицы палладия оксидом хрома и только после этого зафиксировали их на подложке из оксида титана.
Как продемонстрировал физико-химический анализ, ионы хрома не только оптимизируют общую структуру катализатора, но и усиливают электронные взаимодействия между водородом и палладием. Именно этот синергетический эффект резко повышает каталитическую активность и избирательность (селективность) процесса. Высокая селективность позволяет получать нужные фармацевтической промышленности амины со 100% чистотой, исключая дорогостоящие и трудоемкие стадии очистки целевого продукта от побочных примесей.
