Золото и палладий сделают промышленную химию более экологичной

, Наука  •  133



Группа российских химиков из МГУ и ИНХС РАН под руководством профессора РАН Михаила Нечаева смогла разработать реакции, катализируемые комплексами палладия и золота без использования органических растворителей, из-за которых химическое производство, в том числе лекарств, оказывается таким неэкологичным. В будущем эти разработки позволят сделать фармацевтику и производство материалов для органической электроники более «зелеными».

«Зеленая химия» — современное направление химических исследований, цель которых добиться, чтобы химические технологии отвечали растущим экологическим требованиям и стандартам. Есть разные способы сделать химические производства более экологичными: можно снижать количество побочных продуктов, или снизить токсичность реагентов и продуктов синтеза, можно работать над уменьшением нежелательных выбросов в окружающую среду, а можно делать фокус на снижении энергозатрат.

Есть один количественный показатель, позволяющий учитывать экологичность в цифрах — это так называемый Е-фактор Шелдона. Величина Е-фактора, рассчитанная для химического процесса, равна отношению количества отходов к количеству целевого продукта. Интересно отметить, что считающиеся «грязными» производства основных химических веществ характеризуются значениями Е-фактора порядка 1–10, а для фармацевтической промышленности значения Е-фактора достигают величин 100–1000. Таким образом, при учете масштабов производства, оказывается, что экологический урон от «чистых» фармацевтических технологий вполне сопоставим с уроном от «грязных» химических гигантов.

Химики из МГУ и ИНХС РАН провели цикл исследований по разработке методов проведения важнейших органических реакций, катализируемых комплексами благородных металлов. «Наша цель — убрать органические растворители из органической химии. Заменить токсичные растворители на экологически безопасную воду либо проводить процессы синтеза вообще без растворителей», — рассказывает руководитель научной группы, профессор РАН Михаил Нечаев.

Действительно, получение сложных органических субстанций — многостадийный процесс, в котором растворители многократно используются, как на стадиях химических превращений, так и на стадиях выделения и очистки веществ. Если удастся найти способ синтезировать сложные органические субстанции без использования растворителей, производство станет значительно экологичнее. А еще — безопаснее с точки зрения возможности пожара. Кроме того, будет потреблять меньше электроэнергии на очистку и регенерацию растворителей.

Эта группа ученых уже опубликовала результаты цикла работ по разработке новых типов катализаторов для реакций образования связей углерод-углерод (реакция Сузуки-Мийауры, Нобелевская премия 2010 года), связей углерод — азот (реакции Бухвальда-Хартвига и присоединение аминов к ацетиленам), связей углерод — бор (реакция Мийауры). Эти реакции являются одними из важнейших для построения основного скелета сложных органических молекул. Проведение таких реакций без растворителя требует специальной настройки катализаторов и условий проведения реакций. Этого можно добиться за счет введения к металлам специальных лигандов — молекул, которые при соединении с металлом делают катализатор одновременно и стабильным, и активным. Такими лигандами могут быть стабильные карбены, химия которых активно исследуется в научной группе.

Несмотря на прикладной характер исследований, направленный на решение актуальных промышленных задач, решение было найдено на основе фундаментальных исследований структуры и реакционной способности комплексов палладия и золота. Для «расшифровки» закономерностей протекания сложных химических реакций был использован весь арсенал современных методов исследований в рамках сотрудничества с рядом подразделений РАН.

Химические процессы на молекулярном уровне были промоделированы с использованием квантово-химических вычислений в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН; синтез лигандов и комплексов металлов проводился в ИНХС РАН с использованием техники работы в инертной атмосфере; исследования кинетики реакций был проведен в ИОХ РАН в лаборатории член-корр. РАН, профессора Валентина Ананикова. «Несомненно, залогом успеха в нашей работе являются междисциплинарный подход и совместная работа со специалистами из разных областей химии», — отмечает Михаил Нечаев.

Контроль за направлением химической реакции на уровне атомарной точности — последнее слово химических технологий и важнейшая задача современных методов синтеза органических веществ. Именно в этой области фундаментальные научные исследования, которые обычно так далеки от нашей частной жизни, могут совсем скоро напрямую влиять на чистоту воздуха, которым мы дышим.

Подпишитесь на нас Вконтакте, Одноклассники


Рекомендуем почитать

Новости партнеров