Низкотемпературная высокоселективная активация С-Н связей насыщенных углеводородов является наиболее существенным вызовом, с которым сталкивается современный гомогенный и гетерогенный катализ.
Многие металлоорганики сравнивают разработку систем мягкой функционализации алканов с поисками Святого Грааля, чуть ли не в обязательном порядке посвящая этому разделу химии определенные этапы своей работы. Интерес к проблеме вполне обоснован — одностадийная функционализация основных компонентов нефти, попутного нефтяного и природного газов приведет к перевороту в нефте- и газоперерабатывающей промышленности, снизит затраты на переработку углеводородного сырья.
Наиболее обещающие перспективы связаны с поисками систем мягкой каталитической функционализации метана. В первую очередь это связано с тем, что прочность С–Н связи в метане самая большая среди алканов, и система, активирующая метан, справится и с другими «химическими мертвецами». Не менее интересна и практическая сторона каталитического превращения метана в кислород-, азот и серосодержащие производные — метан представляет собой основной компонент природного газа, который, в отличие от нефти, является возобновляемым ресурсным источником. Таким образом, низкотемпературная активация метана будет иметь как фундаментально-научное, так и практически востребованное значение.
Йонгчун Танг с соавторами из Калифорнийского Института технологии, энергии и окружающей среды подошли к «металлоорганическому Граалю» ближе остальных ученых. Исследователи разработали метод каталитической конверсии метана в метанол в присутствие концентрированной серной кислоты и хлоридов или оксидов платины, растворенных в ионных жидкостях.
Разработанная каталитическая система имеет ряд существенных преимуществ в сравнении с уже существующими — вода, выделяющаяся в ходе реакции не ингибирует действие катализатора; в качестве катализаторов используются сравнительно недорогие производные платины, применение которых ранее ограничивалось их растворимостью в воде и органических растворителях; использование низколетучих ионных жидкостей отвечает требованиям «зеленой химии», снижая потенциальный вред окружающей среде.
Разработанная система отличается неплохой степенью конверсии метана в метанол и хорошей производительностью катализатора — частота оборота катализатора составляет около 10 каталитических циклов в час.
Танг надеется, что дальнейшее усовершенствование обнаруженной ими системы позволит разработать высокоэффективный и экономичный промышленный способ превращения метана в метанол, который уже в ближайшем будущем позволит по-новому подходить к переработке алкановых фракций природных источников углеводородов.
Источник: Chem. Commun., 2006, 4617.