Een team van wetenschappers van het Research Institute of Chemistry (RIC) van de RUDN University en collega's van grote wetenschappelijke centra hebben een nieuwe katalysator ontwikkeld, een stof die oxidatieprocessen activeert in laagreactieve componenten van olie en gas. De nieuwe methode van koolwaterstofverwerking zal op efficiënte wijze waardevolle organische stoffen zoals zuren en alcoholen produceren met behulp van een reactie die slechts een kleine verwarming en geen verhoogde druk vereist. De resultaten van het werk van het team werden gepubliceerd in de Journal of Organometallic Chemistry .

"De katalysatoren die we hebben gemaakt, bevatten silicium (of germanium) en metaal (koper, ijzer, kobalt, enzovoort.). Ze kunnen gemakkelijk de bindingen tussen koolstof- en waterstofatomen verbreken, zowel in verzadigde als onverzadigde koolwaterstoffen (de belangrijkste componenten van olie en gas) en ze omzetten in waardevolle producten:alcoholen, zuren, en ethers. Dit is een actueel onderwerp - sommige werken over de activering van koolstof-waterstofbindingen stonden op de shortlist voor de Nobelprijs voor de Scheikunde 2017, " zegt Alexey Bilyachenko, een van de co-auteurs van het werk.

In de loop van hun werk, de onderzoekers pasten synthetische methoden toe met behulp van de mogelijkheden van organische silicium- en germaniumderivaten om ongebruikelijke driedimensionale structuren te vormen waarin atomen van verschillende metalen zijn verwerkt. Deze raamwerkverbindingen zijn oplosbaar in organische oplosmiddelen die de activiteit van een katalytisch deeltje verhogen. Bovendien, de structuur van de matrix bepaalt de richting van de "katalysatoraanval" (bijvoorbeeld de oxidatie van een organisch molecuul is gericht op bepaalde posities van een reagensmolecuul).

De in het werk beschreven katalysatoren worden geclassificeerd als prismatische metallische silsesquioxanen. Deze verbindingen bestaan ​​uit een middelste metaalbevattende laag die zich tussen twee lagen siliciumbevattende cyclus bevindt. Elk atoom silicium is verbonden met een organisch substituut.

Structurele kenmerken en nucleair karakter van metaalsilsesquioxanen (d.w.z. het aantal metaalatomen in de verbinding) zijn in hoge mate afhankelijk van de syntheseomstandigheden en veroorzaken bepaalde moeilijkheden voor onderzoekers. Een van de belangrijkste resultaten van het werk van het team is het bepalen van de noodzakelijke componenten van een reactief mengsel dat zorgt voor het verkrijgen van een eindproduct met een bepaald aantal metaalatomen, waardoor verdere eigenschappen van een katalysator worden bepaald. Namelijk, de onderzoekers toonden de mogelijkheid van gerichte productie van pentanucleaire producten bij het synthetiseren van verbindingen die koper bevatten, kobalt, en nikkelionen onder toepassing van een welbekende heterocyclische verbinding pyridine. Opmerkelijk, de in andere systemen gevormde producten waren hexanucleair.

Een andere belangrijke ontdekking was de stabiliteit van de zeldzame pentanucleaire structuur tijdens de overgang van vaste stof naar een oplossing. Het werd aangetoond aan de hand van het voorbeeld van een koperhoudende verbinding. Na vervanging van pyridine door dimethylformamide, een oplosmiddel dat veel wordt gebruikt in laboratoriumwerk, de onderzoekers bepaalden (met behulp van XRD-onderzoeken) dat zowel de bron- als de doelverbindingen dezelfde pentanucleaire structuur hadden. Dit duidt op een vrij hoge stabiliteit van de raamwerkverbinding die belangrijk is om de periode van de activiteit van een katalysator in een oplossing te verlengen.

Katalytische experimenten die in dit werk worden gepresenteerd, tonen aan dat een pentanucleaire koperbevattende verbinding effectief is in een homogene katalysator van de oxidatie van secundaire alcohol (tot ketonen) en alkanen (tot alkylhydroperoxiden) met behulp van peroxiden. Opmerkelijk, deze reacties vinden plaats in milde omstandigheden, dat is, na geringe verhitting en zonder verhoogde druk. De ontdekte methoden van olie- en gasverwerking door middel van koolwaterstofactivering met metaalhoudende verbindingen hebben een duidelijk voordeel ten opzichte van de gebruikelijke kraak- en pyrolysetechnologieën die dure temperatuur- en drukbestendige apparatuur vereisten.

"Blijkbaar, de nieuwe verwerkingsmethoden openen tal van perspectieven voor zowel fundamentele academische wetenschap als praktische toepassing, " zegt Alexey Bilyachenko, adjunct-directeur van het Onderzoeksinstituut voor Chemie RUDN University.