В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, почетный профессор химии ЛГУ Джордж Стэнли и его коллеги-исследователи из Департамента химии и Департамента биологических наук обнаружили новую катионную каталитическую систему гидроформилирования бисфосфина кобальта, которая является высокоактивной и чрезвычайно надежной..
Катализаторы можно рассматривать как аналог печально известного философского камня. Они не могут превратить один элемент в другой, но могут помочь превратить одно химическое вещество в другое, оставаясь при этом сами неизменными. Кобальт, распространенный минерал, хорошо принимает атомы от других молекул и образует сложные молекулы.
Среди коллег-исследователей, работающих над исследованием вместе со Стэнли, - доцент биологических наук Дэвид Виньярд и аспиранты-химики Дрю Худ и Райан Джонсон. Исследователи из ExxonMobil Chemical Company также внесли свой вклад в проект.
Большинство отраслей - около 75 процентов - предпочитают использовать катализаторы на основе родия из-за технологий низкого давления и более дешевого строительства, но Стэнли сказал, что катализаторы на основе кобальта могут не только производить больше и лучше. версии - некоторых альдегидных продуктов, но цена на родий завышена по сравнению с ними.
«Катионный кобальт-бисфосфиновый катализатор лишь примерно в 20 раз медленнее, чем лучшие родиевые катализаторы, - сказал он, - несмотря на то, что он в 10 000 раз дешевле». Сегодня цена на родий достигла 9800 долларов за унцию, в то время как кобальт стабилизировался на уровне всего 90 центов за унцию.
В одной только Луизиане есть три крупных химических завода по гидроформилированию: предприятие ExxonMobil в Батон-Руж, использующее технологию кобальтовых катализаторов высокого давления; завод Shell в Гайсмаре, использующий модифицированную фосфином кобальтовую каталитическую систему среднего давления; и химический завод Dow в Тафте, который использует модифицированные фосфином родиевые катализаторы низкого давления.
«Около 25 процентов продуктов, произведенных путем гидроформилирования, требуют использования кобальта или родия под высоким давлением», - пояснил он. «Эта новая катионная технология бисфосфина кобальта предлагает гораздо более энергоэффективный катализатор, который может работать при среднем давлении для этих реакций».
Гидроформилирование, или оксо, представляет собой каталитическую реакцию, которая превращает алкены, монооксид углерода и водород в более сложные органические продукты, такие как пластификаторы - вещества, добавляемые для придания гибкости и уменьшения ломкости, - и чистящие моющие средства.
Хотя новый кобальтовый катализатор группы имеет низкую селективность в отношении обычно желаемого линейного альдегидного продукта для простых алкенов, Стэнли заявил, что он обладает превосходной активностью и селективностью в отношении внутренних разветвленных алкенов, которые трудно гидроформилировать.
Например, исследователи обнаружили, что стиральные порошки с меньшей вероятностью растворяются в холодной воде из-за их линейности, что характерно для родиевых катализаторов. Кобальтовые катализаторы могут создавать молекулы моющих средств с большим количеством «ветвей», которые могут более эффективно реагировать на жир и воду.
Стэнли сказал, что это первое крупное открытие в области гидроформилирования как минимум за 50 лет.
«Больше всего меня волнует открытие, которое может найти практическое применение в реальной жизни», - сказал он. «Разработка катализатора, который был бы очень энергоэффективным, экологически безопасным и который можно было бы использовать в крупномасштабных промышленных целях, - мечта каждого химика».