Новости химической науки > Спирты окисляются до карбоновых кислот водой

Химики из Израиля разработали новый способ окисления первичных спиртов, в ходе которого вода используется и как растворитель, и как источник кислорода. Новая реакция может привести к созданию экологически безопасного способа получения карбоновых кислот и их производных – веществ, которые важны для различных отраслей промышленности.

Руководивший исследованием Давид Мильштейн (David Milstein) отмечает, что в большинстве случаев получение карбоновых кислот основано на применении стехиометрических количеств окислителя, которое, очевидно, приводит к стехиометрическому образованию отходов. Недавно были разработаны способы получения карбоновых кислот с помощью сжатого кислорода, однако такие подходы небезопасны с точки зрения практического исполнения. Мильштейн говорит, что в его группе разработан принципиально новый метод окисления первичных спиртов до кислот; окислителем в этом методе является вода, а дополнительным продуктом, который образуется в ходе реакции – молекулярный водород.

Ключом к реализации нового метода является использование рутениевого катализатора, так называемого пинцерного комплекса, в котором рутениевый металлоцентр связан с бидентатным бипиридиновым лигандом. В присутствии основания катализатор взаимодействует с водой и спиртовым субстратом, перенося кислород воды на спирт, в результате чего происходит выделение молекулярного водорода. Окисленный спирт связывается основанием в форме соли карбоновой кислоты, которая может быть выделена, а затем, при необходимости, превращена в кислоту.

Предложенный механизм для новой каталитической реакции. (Рисунок из Nat. Chem., 2013, DOI: 10.1038/nchem.1536)

С помощью нового способа исследователям удалось окислить целый ряд первичных спиртов, получив при этом соответствующие карбоновые кислоты с выходами 60–90%. Загрузка катализатора весьма скромна – 0,2 мольных процента, однако Мильштейн говорит о том, что в перспективе можно добиться еще меньших загрузок катализатора. Исследователь полагает, что процесс может быть масштабирован, а выделяющийся в процессе окисления спиртов водород также может найти свое практическое применение. Исследователи заявляют, что камнем преткновения в новой системе является стоимость рутения, который представляет собой один из самых дорогих металлов, и делают попытки заменить рутенийсодержащий катализатор на катализатор на основе железа.

Роджер Шелдон (Roger Sheldon), специалист по экологически чистым процессам окисления, отмечает, что применение воды и в качестве растворителя, и в качестве единственного источника кислорода в каталитической реакции окисления спиртов является важным и поразительным открытием. Он добавляет, что возможность применения новой системы для функционализации широкого круга субстратов и высокая устойчивость металлокомплексного катализатора в аэробных условиях является дополнительным положительным фактором. Тем не менее, он подчеркивает, что новая система, скорее всего, найдет свое применение только в лабораторном и тонком химическом синтезе – для промышленной химии образование не кислоты, а ее соли – не самое удачное решение.

Источник: Nat. Chem., 2013, DOI: 10.1038/nchem.1536

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