Новости химической науки > Химическая аэробика

Совместное исследование представителей академической науки и промышленности в области «зеленой химии» позволило группам Шеннона Стала (Shannon S. Stahl) и Мартина Джонсона (Martin D. Johnson) разработать безопасный и масштабируемый реактор непрерывного потока для катализируемых палладием реакций окисления органических соединений кислородом воздуха.

Рисунок из Green Chem., DOI: 10.1039/c0gc00106f

Разработка может привести созданию новых промышленных систем окисления молекулярным кислородом вместо существующих небезопасных для окружающей среды систем хроматного и перманганатного окисления, в настоящее время применяющихся в получении лекарственных соединений.

Стал отмечает, что за последнее десятилетие синтетический потенциал катализируемых палладием реакций окисления существенно вырос. Поскольку молекулярный кислород является недорогим и доступным реагентом, он используется в процессах крупнотоннажного химического производства, однако фармацевтическая промышленность до настоящего времени избегает использования процессов окисления кислородом, главным образом из-за того, что многие компании испытывают существенный дефицит подготовленных кадров, способных проектировать безопасное оборудование для работы с молекулярным кислородом.

В 2007 году Стал и Джонсон встретились на конференции и обсудили возможные методы решения проблемы кислородного окисления. Было предположено, что безопасность кислородного окисления может быть реализована за счет комбинирования «металлоорганической оксидазы», разработанной Сталом на основе химии палладия (система Стала подражает двухстадийному каталитическому циклу ферментов оксидаз) с инженерным подходом группы Джонсона.

В результате взаимодействия химиков и инженеров был разработан относительно легкий модульный поточный реактор, в сделанных из нержавеющей стали трубах различного диаметра и длины которого могут подвергаться окислению массы субстрата от одного грамма до одного килограмма.

Для демонстрации возможностей нового реактора исследователи провели окисление спиртов в альдегиды или кетоны. Реактор состоит из резервуаров для субстрата и раствора комплекса палладия в пиридине, а также баков для O₂ и N₂. Кислород разбавляют инертным азотом (8% O₂ в N₂) для того, чтобы кислород и огнеопасное органическое соединение не образовали взрывоопасную смесь.

Реакции окисления проводили при температуре 100°C и давлении кислорода около 2 атмосфер. Реакция протекала в течение 5 часов, приводя к 90% и большим выходам целевых продуктов; единственным сопродуктом реакции является вода, катализатор можно легко отделить от реакционной смеси.

Специалист по технологии непрерывных процессов и микрореакторов Ноберт Кокманн (Norbert Kockmann) отмечает, что разработка нового реактора демонстрирует возможность простого масштабирования результатов, полученных в лаборатории, до промышленного процесса. Закрытый тип реактора и разбавление активного окислителя-кислорода значительно увеличивают безопасность производства.

Источник: Green Chem., DOI: 10.1039/c0gc00106f

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #химическая технология