В Южном федеральном университете учёные разработали уникальную концепцию управления продуктами химической реакции с помощью нового катализатора на основе палладия. Данное исследование позволит удешевить процесс производства важных структурных элементов органического синтеза – биарилов.

О том, как проходила разработка и какие у неё особенности «Научной России» рассказал один из авторов исследования, заведующий Международной лабораторией нанодиагностики Южного федерального университета, Арам Лусенгович Бугаев.

«Конкретно исследование последнего катализатора заняло чуть больше года. Это была долгая непрерывная работа. Палладий – это хорошо известный катализатор. В различных формах он используется во многих реакциях, в промышленном масштабе – в нефтихимии, фармацевтической промышленности. В целом катализаторы различаются на два типа: гомогенные и гетерогенные. В случае гомогенных катализаторы-продукты находятся в одной фазе, например, жидкие продукты и катализатор тоже жидкий. Недостатком тут является то, что сложно отделить потом катализатор, который можно дальше использовать, от продуктов. Особенно важно это для фармацевтической промышленности, когда заявлены высокие требования к чистоте продукта. А гетерогенный катализатор – чаще всего это твердое вещество (порошок или таблетка), а продукты – газообразные или жидкие. Соответственно их легко отделить и катализатор можно использовать несколько раз», – говорит Арам Бугаев.

Международная группа учёных

Заведующий Международной лабораторией нанодиагностики ЮФУ добавил, что новый материал по-настоящему уникальный, ведь он может трансформироваться под любые химические реакции.

«Первое преимущество, которым обладает новый материал, что по своим свойствам и эффективности он напоминает гомогенный катализатор, но при этом в плане практического применения обладает всеми преимуществами гетерогенного катализатора. Это порошок, который можно использовать много раз. Чем он похож на гомогенный? Тем, что все атомы палладия находятся абсолютно в одинаковом состоянии, т.е. какой бы мы не взяли атом палладия, он имеет вокруг себя абсолютно одинаковую атомную структуру», – утверждает Арам Лусенгович.

Говоря о преимуществах нового материала, учёный рассказал и о тонкостях всего исследования. Он пояснил, как можно использовать различные продукты для получения интересных экспериментов, и что это главная находка для всех учёных-химиков.

«Новизна этого исследования в том, что в любой реакции мы можем иметь какой-то набор продуктов, он не всегда бывает один. В том классе реакций, что мы исследуем, обычно все продукты образуются с равной долей вероятности, что не совсем хорошо для практического применения, когда нужно получить только один из них. В этом материале атомы палладия, которые и производят продукты, заключены внутри наноразмерных пор, и получается так, что каким-то продуктам легко образовываться внутри этой поры, а каким-то сложно. Т.е. подавляющее большинство продуктов те, молекулы которых подходят по форме пор. Это первый пример в данной области, когда удалось совместить и каталитическую активность палладия, и механические ограничения подложки, где форма пор определяет продукты реакции. Уверен, что в дальнейшем есть большие возможности по поиску более сложных каталитических реакций, где будет большой экономический выигрыш от того, что мы отсекаем все неподходящие по форме продукты. Форму пор также можно варьировать, «играться» с материалами: для экспериментальной работы тут открываются большие перспективы», – добавил Арам Бугаев.

Отметим, что исследование проходило в составе Международной группы учёных из Южного федерального университета и Католического университета Левена (Бельгия) совместно с коллегами из Гентского университета (Бельгия) и Национального института химии Словении.

Исследование выполнено в рамках совместного Российско-бельгийского проекта было опубликовано в журнале Nature Catalysis.