Российские ученые синтезировали на основе полимерных частиц и палладия новый стабильный катализатор химических реакций. По их мнению, разработка найдет применение в нефтехимической и фармацевтической промышленности.
Основное свойство палладия – ускорение различных химических реакций, что используется в нефтяной промышленности, синтезе пластиковых материалов, а также при создании лекарств, когда около 17% всех химических реакций проводят именно с палладиевыми катализаторами.
Недостаток палладия как катализатора в том, что его частицы часто слипаются в растворе, образуя неактивные крупные конгломераты — палладиевую чернь. Сотрудники Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ) совместно с коллегами из Института органической и физической химии имени А. Е. Арбузова (ИОФХ) решили эту проблему, предложив для стабилизации палладия наносить его на полимерные органические наночастицы.
В качестве основы для наночастиц химики взяли поверхностно-активные соединения, содержащие два типа функциональных фрагментов — карбеновые лиганды (лиганды, содержащие двухвалентный углерод, который вместо типичных для этого элемента четырех ковалентных связей, образует лишь две, а оставшиеся два электрона образуют неподеленную электронную пару), способные соединяться с палладием и стабилизировать его, а также азидные (алкинильные) фрагменты, благодаря сшиванию которых между собой молекулы собираются в полимерные наночастицы, по размеру сопоставимые с вирусом.
«Мы выяснили, что полимерные наночастицы в качестве носителя позволяют стабилизировать нанокластеры палладия и не дают им слипаться. Благодаря этому предложенная система позволит эффективно ускорять многие каталитические реакции, а также экономить реагенты за счет многократного использования. В дальнейшем мы планируем расширить круг используемых металлов, а также протестировать полученные каталитические системы в реакторах проточного типа», — рассказал доцент кафедры органической и медицинской химии Химического института имени А. М. Бутлерова КФУ Владимир Бурилов.
Для проверки каталитической активности новой системы исследователи провели модельную химическую реакцию восстановления пара-нитрофенола в воде. Расположенные на полимерной поверхности нанокластеры палладия на порядок ускорили химическую реакцию по сравнению со свободными палладиевыми частицами.
Новая разработка демонстрирует также возможность повторного использования катализатора до пяти циклов без потери активности, что делает его экологичнее и дешевле большинства других. Исследование ученых было опубликовано в журнале Molecules.
