Ett team av forskare från Research Institute of Chemistry (RIC) vid RUDN University och kollegor från stora vetenskapliga centra har skapat en ny katalysator, ett ämne som aktiverar oxidationsprocesser i lågreaktiva komponenter i olja och gas. Den nya metoden för kolvätebearbetning kommer effektivt att producera värdefulla organiska ämnen som syror och alkoholer med hjälp av en reaktion som endast kräver mindre uppvärmning och inget ökat tryck. Resultaten av lagets arbete publicerades i Journal of Organometallic Chemistry .

"Katalysatorerna vi har skapat innehåller kisel (eller germanium) och metall (koppar, järn, kobolt, etc.). De kan enkelt bryta bindningarna mellan kol- och väteatomer både i mättade och omättade kolväten (huvudkomponenterna i olja och gas) och förvandla dem till värdefulla produkter:alkoholer, syror, och etrar. Detta är ett aktuellt ämne – några verk om aktivering av kol-vätebindningar nominerades till 2017 års Nobelpris i kemi, " säger Alexey Bilyachenko, en av medförfattarna till verket.

Under sitt arbete, forskarna tillämpade syntetiska metoder med hjälp av förmågan hos organiska kisel- och germaniumderivat för att bilda ovanliga tredimensionella strukturer som innehåller atomer av olika metaller. Dessa ramverksföreningar är lösliga i organiska lösningsmedel vilket ökar aktiviteten hos en katalytisk partikel. Dessutom, matrisens struktur bestämmer riktningen för "katalysatorattacken" (till exempel, oxidationen av en organisk molekyl riktas mot vissa positioner av en reagensmolekyl).

Katalysatorerna som beskrivs i arbetet klassificeras som prismatiska metalliska silsesquioxaner. Dessa föreningar består av ett mellersta metallhaltigt skikt beläget mellan två skikt av kiselinnehållande cykel. Varje kiselatom är kopplad till ett organiskt substitut.

Strukturella egenskaper och kärnkraft hos metallsilsesquioxaner (dvs antalet metallatomer i föreningen) är starkt beroende av syntesförhållanden som orsakar vissa svårigheter för forskare. Ett av de viktigaste resultaten av teamets arbete är att bestämma nödvändiga komponenter i en reaktiv blandning som ger en slutprodukt med ett visst antal metallatomer och därmed bestämmer ytterligare egenskaper hos en katalysator. Nämligen, forskarna visade möjligheten till målinriktad produktion av pentanukleära produkter när man syntetiserade föreningar som innehåller koppar, kobolt, och nickeljoner med användning av en välkänd heterocyklisk förening pyridin. I synnerhet, produkterna som bildades i andra system var hexanukleära.

En annan viktig upptäckt var stabiliteten hos den sällsynta pentanukleära strukturen under övergången från fast materia till en lösning. Det visades genom exemplet med en kopparinnehållande förening. Efter att ha ersatt pyridin med dimetylformamid, ett lösningsmedel som används flitigt i labbarbete, forskarna fastställde (med hjälp av XRD-undersökningar) att både källan och målföreningarna hade samma pentanukleära struktur. Detta indikerar ganska hög stabilitet hos ramverksföreningen, vilket är viktigt för att förlänga perioden för en katalysators aktivitet i en lösning.

Katalytiska experiment som presenteras i detta arbete visar att en pentanukleär kopparinnehållande förening är effektiv i homogen katalysator för oxidation av sekundär alkohol (till ketoner) och alkaner (till alkylhydroperoxider) med användning av peroxider. I synnerhet, dessa reaktioner sker under milda tillstånd, det är, efter mindre uppvärmning och utan ökat tryck. De upptäckta metoderna för olje- och gasbearbetning med hjälp av kolvätenaktivering med metallhaltiga föreningar har en uppenbar fördel jämfört med de vanliga kracknings- och pyrolysteknikerna som krävde dyrbar temperatur- och tryckbeständig utrustning.

"Självklart, de nya bearbetningsmetoderna öppnar många möjligheter både för grundläggande akademisk vetenskap och praktisk tillämpning, " säger Alexey Bilyachenko, biträdande chef för forskningsinstitutet för kemi RUDN University.