27.10.2012

Синтез гликолей может быть более экологичным

Металлорганический комплекс, инкапсулированный в наноразмерные поры кристаллического носителя, позволяет с высоким выходом конвертировать эпоксиды в диолы в мягких условиях и без избытка реагентов.

Новый катализатор создан химиками из Даляньского института химической физики (Китай). В случае промышленного внедрения открытие поможет снизить стоимость и сократить энергозатраты при производстве этиленгликоля и его производных. Подробнее о создании катализатора можно узнать из статьи, опубликованной в журнале Angewandte Chemie.

Этиленгликоль, как и другие диолы, часто является одним из ключевых компонентов при производстве полиэстеров, антифризов, косметических продуктов, лекарств и многого другого. Самый распространённый промышленный метод синтеза гликолей заключается в гидратации эпоксидов в присутствии активирующего катализатора (оксирановое кольцо открывается быстрее и проще с такими катализаторами, как льюисовы кислоты — электрондефицитные металлические ионы с высоким сродством к кислороду, а также протон).

Сам же этиленгликоль получают в промышленности реакцией оксида этилена и воды при высоких температурах (катализатор — 0,5% серной кислоты) в присутствии 20-кратного избытка воды. Итоговый продукт представляет собой всего лишь 10-процентный по весу раствор этиленгликоля в воде (выход составляет до 90% в смеси с триэтиленгликолем и небольшим количеством высших олигомеров), откуда желаемый компонент добывают энергозатратным методом дистилляции (температура кипения этиленгликоля — 197 °C). Поиски альтернативных синтетических условий ведутся давно, но всякий раз учёным приходилось констатировать, что процесс открытия оксиранового кольца становится неселективным, если отношение воды к оксиду этилена меньше, чем 10:1 (образуется большое количество высших полимергомологов этиленгликоля, что делает процесс неэкономичным).

И вот китайцы заявляют, что им удалось разработать катализатор, позволяющий селективно конвертировать оксид этилена в этиленгликоль с выходом более 98% в очень мягких условиях (40 °C) при менее чем двукратном избытке воды. Похожие результаты, по словам учёных, были достигнуты и для некоторых других эпоксидов.

Новый катализатор был получен инкапсулированием комплекса трёхвалентного кобальта (Co³⁺) с органическим лигандом Salen (классическое четырёхдентатное основание Шиффа; см. иллюстрацию) в наноразмерные поры оксида кремния FDU-12 (мезопористый силикагель). При этом удалось показать, что плотная упаковка нескольких молекул катализатора в каждой отдельно взятой поре субстрата позволяет резко повысить каталитическую активность материала. Для предотвращения выхода катализатора из пор в реакционную среду была проведена дополнительная реакция силилирования, позволившая сузить ширину исходных пор.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.

Роман Иванов

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА