Катализатор для превращения углекислого газа в химическое сырье

Источник: aquan.ru

Использование химических реакций для внедрения свободной двуокиси углерода в различные органические молекулы является привлекательной стратегией сокращения выбросов парниковых газов. Специалисты из японского научно-исследовательского центра RIKEN во главе с Цзаомином Хоу (Zhaomin Hou) представили новый способ преобразования углекислого газа. Методика основана на «зеленых» катализаторах и превращении алкилборанов в карбоновые кислоты, являющиеся важным сырьем для фармацевтической промышленности. Органические соединения бора являются привлекательным вариантом фиксации СО₂, так как они с готовностью участвуют в реакциях формирования углерод-углеродных связей.

До последнего времени химики проводили следующий тип реакций. В присутствии катализатора из переходных металлов активируется алкильный заместитель, связанный со сложным эфиром бора. При добавлении диоксида углерода активированная группа отщепляется, и генерируются производные карбоновой кислоты. Однако попытки воспроизвести подобные реакции с алкилборанами, широко распространенными синтетическими реагентами, имели ограниченный успех. Дело в том, что интермедиаты — каталитические соединения переходных металлов и алкильных групп, слишком неустойчивы. Они распадаются раньше, чем начинается реакция с диоксидом углерода. Хоу и его коллеги нашли решение данной проблемы. Они создали металл-алкильные комплексы, соединив атомы меди с громоздкими электродонорными молекулами N-гетероциклических карбенов (N-ГЦК).

Такой инновационный катализатор может способствовать формированию углерод-углеродных связей с углекислым газом в более мягких условиях и с меньшими затратами. При этом отпадает необходимость в катализаторах, содержащих драгоценные металлы — именно такие соединения до сих пор считались идеальными для поддержания устойчивых реакций переработки СО₂. Чтобы проверить действие катализатора из меди и N-ГЦК, исследователи смешали его с алкилбораном, поместили в герметичную камеру и закачали туда же углекислый газ. После суточной выдержки при температуре 70° С ученые обнаружили, что исходное вещество преобразовано в карбоновую кислоту, с близким к количественному выходом.

Побочные вещества — различные ароматические молекулы, галогенированные соединения и крупные функциональные группы — также сыграли роль субстратов для фиксации углекислого газа. Новый катализатор дал ученым еще одно преимущество: они получили возможность исследовать несколько каталитических веществ на промежуточных стадиях в виде твердых кристаллов. С помощью рентгеновского измерения этих структур ученые доказали, что взаимодействие между молекулами алкоксидного основания, алкилборана и атомами меди имеет решающее значение для эффективной переработки СО₂. Как отмечает г-н Хоу, тонкий подбор комбинации центрального металла, основания и лигандов позволит создать новые, более эффективные и селективные катализаторы.

Рисунок: physorg.com