Новости химической науки > Упрощение регенерации гомогенного катализатора

Отделение гомогенного катализатора от реакционной массы по завершению реакции представляет собой непростую задачу – катализатор находится в той же фазе, что и продукты реакции. Тем не менее, исследователи из Канады обнаружили, как осуществить это отделение со скоростью, чтобы отделенный катализатор можно было бы использовать повторно.

В настоящее время системы отделения гомогенных катализаторов для их повторного использования основаны на обработке смесью воды с органическим растворителем – катализатор растворяется в водной фазе, а продукты реакции и непрореагировавшие исходные вещества – в органической. Основная проблема этого метода, однако, связана с тем, что из-за гетерогенности системы и протекания обмена только на границе раздела фаз вода-органика, экстракция катализатора протекает с невысокой скоростью.

Филип Джессоп (Philip Jessop) с коллегами из Королевского Университета провинции Онтарио разработал систему растворителей, которая может быть однородной и гомофазной, и двухфазной в зависимости от условий. В первом случае достигается достаточная скорость реакции, а во втором – быстрое и легкое разделение смеси.

Исследователи протестировали разработанную систему на реакции, катализируемую гомогенным катализатором. Первоначально ни провели реакцию в однофазной переключаемой водно-органической смеси, после чего оказали воздействие на реакционную смесь, получив двухфазную систему, в одной фазе которой содержался катализатор, а в другой – продукты реакции. Переход от однофазной системы к двухфазной можно производить за счет подачи в систему углекислого газа и его удаления из системы.

Монофазное гидроформилирование и двухфазное разделение в жидкой реакционной смеси, содержащей воду и трет-бутанол. (Рисунок из Catal. Sci. Technol., 2012, DOI: 10.1039/c2cy20095c)

Смесь растворителей, предложенная канадскими исследователями, содержит воду и третичные амины. Введение в эту систему углекислого газа приводит к образованию аммонийных солей угольной кислоты, что способствует разделению системы на две фазы – органическую и водную. После разделения фаз продукт, содержащийся в органическом слое, может быть выделен, катализатор остается в водной фазе. Удаление CO₂ с помощью нагревания и продувки системы воздухом приводит к разложению аммониевых солей; вода, содержащая амины снова может быть смешана со свежей порцией органического растворителя, содержащего реагенты, реакция может быть осуществлена снова, и, таким образом, цикл реакция/отделение катализатора может повторяться много раз.

Дэвид Коул-Гамильтон (David Cole-Hamilton), эксперт по гомогенному катализу из Университета Св. Андрея отмечает, что ранее исследователям удавалось добиваться расслоения рекционных смесей несколько иным способом – катализатор изначально был гидрофобен, а воздействие углекислого газа приводило к тому, что он приобретал гидрофильные свойства, однако преимуществом системы Джессопа является то, что для нее можно использовать металлокомплексы с коммерчески доступными гидрофильными лигандами, в то время, как изменение гидрофильно-липофильного баланса катализатора требуется особый дизайн катализаторов, который не всегда просто осуществим. Вместе с тем, по словам Коула-Гамильтона одной из проблем новой системы, еще требующей решения, является потеря производительности катализатора спустя несколько циклов реакция/отделение катализатора. Возможно, решить эту проблему удастся за счет изменения дизайна реактора и других технологических протоколов процесса.

Еще одной проблемой новой системы является то, что она отличается сильной основностью, поэтому в настоящий момент подход невозможно использовать для каталитических реакций, протекающих в других средах.

Источник: Catal. Sci. Technol., 2012, DOI: 10.1039/c2cy20095c

метки статьи: #кинетика и катализ, #физическая химия, #химическая технология