Un team di scienziati del Research Institute of Chemistry (RIC) della RUDN University e colleghi di importanti centri scientifici hanno creato un nuovo catalizzatore, una sostanza che attiva i processi di ossidazione nei componenti poco reattivi del petrolio e del gas. Il nuovo metodo di lavorazione degli idrocarburi produrrà in modo efficiente sostanze organiche preziose come acidi e alcoli utilizzando una reazione che richiede solo un riscaldamento minore e nessuna pressione aumentata. I risultati del lavoro del team sono stati pubblicati nel Journal of Organometallic Chemistry .

"I catalizzatori che abbiamo creato contengono silicio (o germanio) e metallo (rame, ferro da stiro, cobalto, eccetera.). Sono in grado di rompere facilmente i legami tra atomi di carbonio e di idrogeno sia negli idrocarburi saturi che insaturi (i principali componenti del petrolio e del gas) e trasformarli in prodotti di pregio:alcoli, acidi, ed eteri. Questo è un argomento di grande attualità:alcuni lavori sull'attivazione dei legami carbonio-idrogeno sono stati selezionati per il Premio Nobel per la Chimica 2017, "dice Alexey Bilyachenko, uno dei coautori dell'opera.

Nel corso del loro lavoro, i ricercatori hanno applicato metodi sintetici utilizzando le capacità del silicio organico e dei derivati ​​del germanio per formare insolite strutture tridimensionali che incorporano atomi di metalli diversi. Questi composti quadro sono solubili in solventi organici aumentando l'attività di una particella catalitica. Inoltre, la struttura della matrice determina la direzione dell'"attacco del catalizzatore" (ad esempio, l'ossidazione di una molecola organica è mirata a determinate posizioni di una molecola reagente).

I catalizzatori descritti nel lavoro sono classificati come silsesquioxani metallici prismatici. Questi composti sono costituiti da uno strato intermedio contenente metallo situato tra due strati del ciclo contenente silicio. Ogni atomo di silicio è collegato a un sostituto organico.

Le caratteristiche strutturali e la nuclearità dei silsesquioxani metallici (cioè il numero di atomi di metallo nel composto) dipendono fortemente dalle condizioni di sintesi che causano alcune difficoltà ai ricercatori. Uno dei principali risultati del lavoro del team è la determinazione dei componenti necessari di una miscela reattiva che preveda di ottenere un prodotto finale con un certo numero di atomi di metallo determinando così ulteriori proprietà di un catalizzatore. Vale a dire, i ricercatori hanno mostrato la possibilità di una produzione mirata di prodotti pentanucleari durante la sintesi di composti contenenti rame, cobalto, e ioni nichel con l'uso di un noto composto eterociclico piridina. In particolare, i prodotti formati in altri sistemi erano esanucleari.

Un'altra importante scoperta è stata la stabilità della rara struttura pentanucleare nel corso della transizione dalla materia solida a una soluzione. È stato dimostrato tramite l'esempio di un composto contenente rame. Dopo aver sostituito la piridina con la dimetilformammide, un solvente ampiamente utilizzato nel lavoro di laboratorio, i ricercatori hanno determinato (utilizzando le indagini XRD) che sia la fonte che i composti target avevano la stessa struttura pentanucleare. Ciò indica una stabilità piuttosto elevata del composto di struttura che è importante per prolungare il periodo di attività di un catalizzatore in una soluzione.

Gli esperimenti catalitici presentati in questo lavoro mostrano che un composto pentanucleare contenente rame è efficace nel catalizzatore omogeneo dell'ossidazione di alcol secondario (a chetoni) e alcani (ad alchilidroperossidi) con l'uso di perossidi. In particolare, queste reazioni avvengono in condizioni blande, questo è, dopo un riscaldamento minore e senza aumento della pressione. I metodi scoperti di lavorazione del petrolio e del gas mediante l'attivazione di idrocarburi con composti contenenti metalli hanno un ovvio vantaggio rispetto alle consuete tecnologie di cracking e pirolisi che richiedono costose apparecchiature resistenti alla temperatura e alla pressione.

"Ovviamente, i nuovi metodi di elaborazione aprono numerose prospettive sia per la scienza accademica fondamentale che per l'applicazione pratica, "dice Alexey Bilyachenko, vicedirettore dell'Istituto di ricerca di chimica RUDN University.