Алхимия наших дней: как превратить драгоценную платину в простое железо

В последнее время в промышленности всё большее распространение получает гомогенный катализ (когда катализатор растворён и находится в одной фазе с реагентами). Сам по себе катализатор — это обычно сложное металлорганическое соединение, ядром которого является какой-нибудь ценный металл, к примеру, платина, родий, палладий, рутений и т. д. Инженер, которому поставлена задача организовать промышленный синтез, прежде всего думает о системе регенерации катализатора, а уж потом об остальном реакторе. Заоблачная стоимость драгметаллов сама собой подсказывает: основой экономически целесообразного производства является надёжная система восстановления и повторного использования катализатора.

Для примера: в 2007 году мировое потребление платины в кремниевом химпроме составило 5,6 т в различных реакциях, причём бóльшая часть этого количества была потеряна при извлечении полезных продуктов. Цена платины превышает $1 600 за тройскую унцию, а это значит, что, если её нынешнее потребление осталось на уровне 2007 года, в 2012-м химическая индустрия кремния потратит только на платину $300 млн. Не забудем также, что месторождения платины с годами вовсе не пополняются, а другие высокотехнологичные производства (скажем, топливных элементов) ждут её никак не меньше. Вот почему всё больше публикуется исследований по проблемам замены благородных металлов в гомогенных катализаторах более доступными и дешёвыми элементами.

Одна из таких работ, оперирующая железом на примере кремниевой химической промышленности, появилась в журнале Science на прошлой неделе. Авторы синтезировали «железный» аналог платинового катализатора для такой реакции, как гидросилилирование, и показали, что во многих случаях новый катализатор был не только не хуже платинового аналога, а даже лучше, демонстрируя более высокую активность и избирательность. Другой тест касался синтеза 3-октил-1,1,1,3,5,5,5-гептаметилтрисилоксана, коммерческого вещества, широко используемого в сельском хозяйстве и косметике. Применение железного катализатора позволило получить продукт с выходом, близким к количественному (98%), и при температуре, чуть превышающей комнатную, причём без образования побочных продуктов.

В сравнении с традиционным результатом с использованием платинового катализатора Карстеда, это замечательный результат. Вот, пожалуйста: традиционный процесс требует 72 ?С и 30 ppm драгоценного катализатора и обеспечивает лишь 80% выхода продукта, но, что ещё хуже с точки зрения промпроцесса, приводит к образованию большого количества побочных продуктов, то есть удорожает и усложняет процедуру очистки. В общем, несмотря на то что остаётся много вопросов (а цена органических лигандов? А возможность выделения катализатора после окончания процесса? Ведь цена катализатора складывается не только из стоимости центрального металла, но и из затрат на синтез лигандов и самого катализатора, а это иногда не меньше, если не больше, цены самóго драгметалла), авторам, пожалуй, удалось главное: показать, что более дешёвая и при этом не менее эффективная альтернатива платиновым металлам существует, нужно лишь хорошенько её поискать. Подготовлено по материалам Ars Technica.

«Железный» гомогенный катализатор (иллюстрация University of KwaZulu-Natal).

Хочешь узнать больше - читай отзывы

science.compulenta.ru