Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.)

У доповіді зазначено, що в Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України проводяться актуальні та важливі фундаментальні дослідження з вивчення впливу будови речовин на їхні каталітичні властивості. Отримано вагомі результати зі створення нових функціональних матеріалів, таких як кат...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2023
Автор:	Колотілов, С.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192945
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.) / С.В. Колотілов // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 85-91. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-192945
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1929452023-07-24T14:36:23Z Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.) Колотілов, С.В. З кафедри Президії НАН України У доповіді зазначено, що в Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України проводяться актуальні та важливі фундаментальні дослідження з вивчення впливу будови речовин на їхні каталітичні властивості. Отримано вагомі результати зі створення нових функціональних матеріалів, таких як каталізатори гідрування органічних сполук, що мають значно зменшений вміст платинових металів або взагалі їх не містять. Інститут має вагомі здобутки в галузі продукуючого каталізу для тонкого органічного синтезу компонентів лікарських засобів та діючих речовин для агрохімії. The report states that the L.V. Pisarzhevsky Institute of Physical Chemistry of the NAS of Ukraine conducts relevant and important fundamental research on the influence of the structure of substances on their catalytic properties. Significant results have been obtained in the creation of new functional materials, such as catalysts for the hydrogenation of organic compounds, which have a significantly reduced content of platinum metals or do not contain them at all. The institute has substantial achievements in the field of productive catalysis for the fine organic synthesis of medication components and active substances for agrochemistry. 2023 Article Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.) / С.В. Колотілов // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 85-91. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.04.085 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192945 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Колотілов, С.В. Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.) Вісник НАН України
description	У доповіді зазначено, що в Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України проводяться актуальні та важливі фундаментальні дослідження з вивчення впливу будови речовин на їхні каталітичні властивості. Отримано вагомі результати зі створення нових функціональних матеріалів, таких як каталізатори гідрування органічних сполук, що мають значно зменшений вміст платинових металів або взагалі їх не містять. Інститут має вагомі здобутки в галузі продукуючого каталізу для тонкого органічного синтезу компонентів лікарських засобів та діючих речовин для агрохімії.
format	Article
author	Колотілов, С.В.
author_facet	Колотілов, С.В.
author_sort	Колотілов, С.В.
title	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.)
title_short	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.)
title_full	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.)
title_fullStr	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.)
title_full_unstemmed	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.)
title_sort	перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні президії нан україни 22 лютого 2023 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192945
citation_txt	Перспективи зниження вмісту платинових металів у каталізаторах гідрування органічних сполук (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 р.) / С.В. Колотілов // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 4. — С. 85-91. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT kolotílovsv perspektiviznižennâvmístuplatinovihmetalívukatalízatorahgídruvannâorganíčnihspolukstenogramadopovídínazasídanníprezidíínanukraíni22lûtogo2023r
first_indexed	2025-07-16T18:49:40Z
last_indexed	2025-07-16T18:49:40Z
_version_	1837830541852803072
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 85 ПЕРСПЕКТИВИ ЗНИЖЕННЯ ВМІСТУ ПЛАТИНОВИХ МЕТАЛІВ У КАТАЛІЗАТОРАХ ГІДРУВАННЯ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК Стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 22 лютого 2023 року У доповіді зазначено, що в Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Писаржев- ського НАН України проводяться актуальні та важливі фундаментальні дослідження з вивчення впливу будови речовин на їхні каталітичні влас- тивості. Отримано вагомі результати зі створення нових функціональ- них матеріалів, таких як каталізатори гідрування органічних сполук, що мають значно зменшений вміст платинових металів або взагалі їх не містять. Інститут має вагомі здобутки в галузі продукуючого каталізу для тонкого органічного синтезу компонентів лікарських засобів та діючих речовин для агрохімії. Шановний Анатолію Глібовичу! Шановні члени Президії НАН України! Процес гідрування широко використовується як у багатотон- нажному хімічному виробництві, так і в тонкому органічному синтезі для одержання компонентів моторних палив, зокрема біопалива, олив, розчинників, речовин для лакофарбової про- мисловості, харчової промисловості, діючих речовин для фар- мацевтичних препаратів чи для агрохімічних засобів захисту рослин. Гідруванням у хімії називають процес приєднання водню до подвійних або потрійних зв’язків в органічних молекулах. Такі процеси майже завжди перебігають не самі по собі, а потребу- ють присутності спеціально підібраних каталізаторів. Насичені карбо- і гетероциклічні сполуки є складовими фраг- ментами діючих речовин великої кількості медичних препара- тів, які широко застосовують в Україні і світі. Найпростішим шляхом одержання таких сполук є гідрування ароматичних спо- лук аналогічної будови. Наприклад, у такий спосіб отримують транексамову кислоту, яка є активною речовиною в поширених кровоспинних препаратах, які виробляються і продаються під КОЛОТІЛОВ Сергій Володимирович — доктор хімічних наук, професор, заступник директора з наукової роботи Інституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.04.085 86 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ торговими марками Максітран, Сангера, Тра- нексам, Циклокапрон, Гемаксам, Гемотран та ін. і призначені для профілактики та припинення кровотеч, зокрема гострих кровотеч, спричине- них пораненнями або травмами. Транексамову, або транс-4-(амінометил)циклогексанкарбо- нову, кислоту одержують у результаті кількох послідовних циклів гідрування вихідної спо- луки, що містить фрагмент бензолу, до якого приєднуються три молекули водню, а також ціаногрупу, до якої приєднуються дві молекули водню з утворенням аміногрупи. Іншим прикладом може бути одержання аргатробану — діючої речовини препаратів- антикоагулянтів для профілактики та ліку- вання тромбозу. Це складна молекула, що міс- тить фрагмент тетрагідрохіноліну, який також отримують каталітичним гідруванням відпо- відної вихідної ароматичної сполуки. Отже, як уже зазначалося, синтез і модифі- кування ароматичних сполук їх каталітичним гідруванням є одним з найпоширеніших шля- хів одержання відповідних насичених спо- лук — важливих вихідних і проміжних речо- вин для фармацевтики, що не містять подвій- них і потрійних зв’язків. Для оцінки важливості цього напряму мож- на порівняти обсяги світового ринку фарма- цевтичних препаратів і глобального ринку на- фти, значущість якого для сучасної економіки не викликає сумніву. Так, за даними Міжна- родного енергетичного агентства, прогнозова- ний світовий попит на нафту в 2023 р. очіку- ється на рівні 101,3 млн барелів на день [1], і можна припустити, що за ціни нафти $50 за барель обсяг світового ринку в поточному році становитиме близько $1800 млрд. При цьому обсяг світового фармацевтичного ринку має зіставну величину — $1250 млрд/рік у 2022 р. [2]. Світовий ринок агрохімічних засобів за- хисту рослин (добрива, пестициди, гербіциди, біопестициди тощо) також є одним з найбіль- ших — понад $200 млрд, і очікується, що до 2025 р. він зросте до $246 млрд [3]. Тому роз- роблення новітніх способів одержання хіміч- них сполук для фармацевтики і агрохімії — це насправді надзвичайно важливе завдання. Які ж проблеми існують на сьогодні в галузі каталітичного гідрування органічних сполук? Найбільш поширеними і найбільш активно ви- користовуваними у тонкому органічному син- тезі каталізаторами гідрування є каталізатори на основі платинових металів або їх сполук, насамперед сполук паладію. Такі каталізатори мають високу каталітичну активність і високу продуктивність, характеризуються високою селективністю і хорошою передбачуваністю їхніх каталітичних властивостей. Проте у них є два суттєві недоліки. По-перше, це ціна. Так, за останні двадцять років вартість паладію зросла на порядок (від $200 за унцію у 2002 р. до $2000 за унцію в 2022 р.), що зумовлено значним підвищенням попиту і досить обмеженими обсягами поста- чання на ринок. Як альтернативу паладію ви- користовують каталітичні системи на основі нікелю, кобальту, ренію, оскільки ці метали є значно дешевшими: паладій коштує $60 тис. за 1 кг, тоді як реній — $4 тис., кобальт — $36, а нікель — $26/кг. Тому розроблення активних і селективних каталізаторів гідрування на осно- ві цих більш дешевих металів є актуальним за- вданням сучасної фізичної хімії. Другою проблемою у застосуванні металів платинової групи є їх добре відома токсич- ність, адже залишкові кількості каталізатора можуть забруднювати продукти реакції. Вміст платинових металів в активних фармацевтич- них інгредієнтах суворо контролюється — за чинними нормативами він не має перевищува- ти величини порядку 10–5 мольн. % [4]. Тому зменшення вмісту паладію або взагалі його відсутність у каталізаторах для отримання сполук фармацевтичного призначення є акту- альним завданням. Основною проблемою на шляху відмови від використання паладію є набагато нижча ката- літична активність і селективність каталітич- них систем на основі перелічених вище дешев- ших металів. Незважаючи на довгу історію до- сліджень за цим напрямом, зменшення вмісту платинових металів у каталізаторах або заміна в них дорогоцінних металів на більш дешеві й досі залишаються проблематичними. Ви- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 87 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ рішенням цієї проблеми активно займаються різні групи дослідників по всьому світу. Серед напрямів, які найбільш продуктивно розвива- ються на сьогодні, можна відзначити роботи, в яких підвищення активності каталізаторів гідрування досягається модифікуванням ката- літично активних частинок (напр., [5]) або ви- користанням різних носіїв для нанесення цих каталітично активних частинок (напр., [6]). Ведуться також роботи з розроблення простих та ефективних способів одержання більш де- шевих аналогів паладієвих каталізаторів гідру- вання [7]. Ще одним перспективним підходом до зниження витрат платинових металів у ка- талізаторах гідрування є створення каталізато- рів багаторазового використання [8] (у цьому напрямі наш Інститут має певні здобутки [9]). До речі, дослідження в галузі каталізу були одним з основних наукових напрямів Інсти- туту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України ще з часу його заснування у 1927 р. і розпочинають свою історію з класич- них праць академіка АН УРСР і академіка АН СРСР Лева Володимировича Писаржевсько- го, академіка АН УРСР Володимира Андрійо- вича Ройтера та інших видатних учених. У цій доповіді я зупинюся лише на одному напрямі досліджень у галузі каталізу, який активно розвивається в нашому Інституті і в якому співробітники Інституту отримали досить ва- гомі результати. Отже, для розроблення нових каталітичних систем гідрування ненасичених органічних сполук ми використали чотири підходи: 1) створення нових каталізаторів з мен- шим вмістом паладію, що досягається завдяки збільшенню питомої активності частинок Pd; 2) заміна паладію на 3d-метал (нікель або кобальт); 3) створення каталізаторів на основі нано- частинок Ni та Co, що містять також вуглецеві графеноподібні наночастинки; 4) заміна паладію на 5d-метал, зокрема реній. Ми дослідили кілька процесів гідрування, таких як: • гідрування гетероциклічних сполук, зо- крема хіноліну (процес, який часто викорис- товують для отримання діючих речовин для фармацевтики та агрохімії) [10, 11]; • гідрування альдегідів і кетонів, зокрема фурфуролу (компоненти моторного палива, розчинники, лаки, фарби) [12]; • гідрування алкенів, зокрема ненасичених сполук у складі жирів (виробництво моторно- го палива, лакофарбова, харчова промисло- вість) [13]; • амінування альдегідів (активні речовини для фармацевтики та агрохімії) [14]. Більшість цих реакцій відбуваються в умо- вах підвищеного тиску та за підвищеної темпе- ратури. Спочатку розглянемо створення каталіза- торів на основі паладію, які характеризуються підвищеною активністю. Ми припустили, що термічний розклад комплексів нульвалентних металів може приводити до утворення актив- них наночастинок цих металів. Комплекси нульвалентних металів — це сполуки, в яких метал має таку саму кількість електронів, як і у вільному стані, тобто нульовий ступінь окис- нення. У першому наближенні це може бути метал, зокрема паладій, нікель, диспергований до атомарного рівня і захищений «оболон- кою» органічних молекул. І справді, терміч- ним розкладом комплексів нульвалентних Pd і Ni вдалося отримати композити, які містили наночастинки цих металів на різних порис- тих носіях. Малий розмір частинок металів у складі одержаних композитів підтверджується низкою фізичних і фізико-хімічних методів дослідження. Так, за даними хемосорбційних досліджень, середній розмір осаджених на ак- тивованому вугіллі частинок паладію стано- вив від 2,7 до 7 нм, нікелю — від 0,7 до 7,5 нм. Було показано, що розмір наночастинок зрос- тав зі збільшенням вмісту металу в композиті. Отримані в такий спосіб паладійвмісні ком- позити проявили високу каталітичну актив- ність у процесах гідрування. Встановлено, що навіть за атмосферного тиску водню вони є ефективними каталізаторами в реакціях гідру- вання алкенів, алкінів, кетонів, нітросполук, а також у реакціях амінування ароматичних альдегідів первинними амінами і нітрилами, а 88 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ в умовах високого тиску — у процесах гідру- вання гетероциклів та сполук зі спряженими дієновими фрагментами — важливих проміж- них сполук тонкого органічного синтезу. Тому розроблення таких паладійвмісних композитів відкриває перспективний шлях для одержання каталізаторів гідрування з підвище- ною активністю, які можуть використовувати- ся практично для всього ряду органічних спо- лук, гідрування яких здійснюється у сучасній промисловості та лабораторній практиці. Для порівняння каталітичної продуктив- ності розроблених нами паладійвмісних ката- лізаторів ми проаналізували вихід продукту гі- дрування хіноліну — тетрагідрохіноліну, який досягається застосуванням відповідних ката- лізаторів відомих світових компаній STREM і BASF (вміст Pd в них становить 5—10%), каталізаторів, виготовлених за стандартними загальновідомими і рекомендованими проце- дурами (з вмістом паладію 5—20 %) та з ви- користанням нашого каталізатора Pd/C (1 % Pd). Вихід тетрагідрохіноліну на розроблених нами каталізаторах виявився вищим, ніж у ко- мерційних аналогів, при тому, що вміст пала- дію в реакційній суміші був у 10 разів меншим. Для практичного застосування важливо роз- робити спосіб масштабування синтезу таких паладійвмісних каталізаторів. З’ясувалося, що при одержанні партій каталізаторів масою до 100 г досить легко підібрати умови, в яких зберігається висока каталітична активність та- ких систем, але зразки з партії масою від 100 до 1000 г характеризувалися зменшенням ак- тивності. Це пояснюється тим, що осадження відбувається у нерівноважних умовах і в біль- шому об’ємі складно досягти необхідної швид- кості нагрівання до заданої температури. При аналізі каталізаторів, одержаних різ- ними методами, виникла проблема контролю їхніх властивостей. Для контролю якості роз- роблених нами каталізаторів зі зменшеним вмістом паладію ми запропонували метод, що ґрунтується на гідруванні імідазо[1,5-a]піри- дину, особливістю якого є наявність кількох функціональних груп, які можуть приєднувати водень незалежно одна від одної. Гідрування такої сполуки за атмосферного тиску веде до утворення суміші трьох продуктів, електрон- ні спектри яких суттєво відрізняються один від одного. Склад цієї суміші продуктів чітко залежить від використовуваного каталізато- ра, оскільки кожен каталізатор гідрування дає унікальну суміш продуктів. Образно кажучи, спектр отриманої суміші є ніби «відбитком пальця» кожного з каталізаторів гідрування, за яким можна швидко й ефективно визначити його відповідність еталонному зразку, а зна- чить — його якість. Отже, ми створили паладійвмісний каталі- затор, який за активністю перевершує комер- ційно доступні аналоги, і розробили методи- ку його одержання в масштабі партії масою до 100 г. Використання такого каталізатора в тонкому органічному синтезі дає можливість досягти десятикратної економії паладію по- рівняно з найкращими світовими аналогами. Крім того, розроблено метод контролю якос- ті отримуваного каталізатора гідрування, що важливо для одержання партій з однаковими характеристиками. Як згадувалося вище, ще один підхід до отримання нікельвмісних каталітичних сис- тем, використаний у роботі, полягає в терміч- ному розкладі комплексів нікелю зі ступенем окиснення 0 (Ni(COD)2 та Ni(COD)(DQ), COD = 1,5-циклооктадієн, DQ = тетраметил- 1,4-бензохінон) у присутності пористих носіїв, зокрема активованого вугілля. Цей каталіза- тор Ni/C дозволяє досягти майже кількісного виходу продуктів гідрування широкого ряду органічних сполук — алкенів, алкінів, кетонів, нітросполук, різних азотвмісних гетероцикліч- них сполук. Слід зазначити, що сполуки з гід- роксо- і аміногрупами пасивують цей каталіза- тор, однак збільшення часу реакції дає змогу і в цьому разі досягти високого рівня виходу цільового продукту. Тепер коротко розповім про інші наші ро- боти зі створення каталізаторів гідрування на основі нікелю. Як уже зазначалося, нікель — це 3d-метал, який набагато дешевший, ніж пала- дій, і набагато менш токсичний. Як один з під- ходів до одержання таких каталізаторів було ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 89 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ запропоновано «завантаження» нікельвмісних сполук у пористий координаційний полімер MIL-101(Cr), що досягалося завдяки погли- нанню водного розчину NiCl2 порами гідро- фільного полімеру, суспендованого в гексані (гексан як гідрофобна речовина не є «конку- рентом» для водного розчину при заповненні пор гідрофільного сорбенту). Одержана систе- ма NiCl2/MIL-101 є прекаталізатором і може зберігатися на повітрі необмежено довго, а при проведенні процесу гідрування відновлення хлориду нікелю відбувається безпосередньо в реакційній суміші, in sіtu, обробкою NaBH4. Такий підхід дозволяє уникнути контакту ме- талічного нікелю з киснем повітря. Отримана композитна система Ni/MIL-101 дає змогу проводити гідрування деяких органічних спо- лук, зокрема хіноліну, в більш м’яких умовах, ніж у разі використання традиційного каталі- затора — нікелю Ренея (зокрема, за темпера- тури 150 °С проти 190 °С для нікелю Ренея і під тиском у 50 атм проти 90 атм), та з вищою селективністю щодо утворення цільового про- дукту — тетрагідрохіноліну (93 % проти 75 %). Отже, композит Ni/MIL-101, одержаний in sіtu з прекаталізатора NiCl2/MIL-101, має вищу каталітичну активність і селективність порівняно з нікелем Ренея, однак його актив- ність нижча, ніж у Ni/С, і значно нижча, ніж в аналогічного композиту Pd/MIL-101, який було одержано і досліджено для порівняння. У більшості процесів гідрування композит Ni/С, який є продуктом розкладу Ni(COD)2, можна використовувати як альтернативу каталізато- рам на основі паладію. Крім того, ми створили каталізатори гідру- вання на основі нікелю і кобальту з графено- подібними частинками, нанесені на аеросил (далі позначаються Ni-C/SiO2, Co-C/SiO2). У результаті досліджень було встановлено, що термічний розклад комплексів нікелю та ко- бальту з органічними лігандами веде до утво- рення композитів, що містять наночастинки цих металів і графеноподібні вуглецеві нано- частинки, доповані азотом. Розмір частинок металу лежить у межах від 5 до 50 нм, а розмір вуглецевих частинок становить 20—30 нм. Такі композитні системи проявляють висо- ку каталітичну активність у процесах гідру- вання ароматичних гетероциклів, алкенів, ал- кінів, кетонів, нітросполук, а також у реакціях амінування ароматичних альдегідів первин- ними амінами і нітрилами. З використанням таких каталізаторів вдається гідрувати навіть хіноліни, які містять в ароматичному ядрі електроноакцепторні замісники, що є дуже не- тривіальним завданням. За результатами досліджень було показано, що розроблені нами композити на основі ко- бальту Co-C/SiO2 є непоганою альтернативою паладійвмісним каталізаторам для гідрування хіноліну і заміщених хінолінів, а також зага- лом сполук, що не містять «чутливих» груп. Завдяки досить високій активності й низькій вартості ці каталізатори можна запропонувати для великомасштабного (до 1 кг) «рутинного» гідрування та амінування органічних сполук. Обмеженням для використання таких ката- літичних систем є наявність атомів галогенів (зв’язків С–Hal), оскільки такі каталізатори спричиняють дегалогенування продуктів. Це доволі серйозний недолік, оскільки галогенв- місні сполуки відіграють ключову роль в орга- нічному синтезі — вони є важливими інтерме- діатами синтезу великої кількості біологічно активних сполук, використовуваних у фарма- цевтичній галузі та виробництві засобів захис- ту рослин. Проблему гідрування органічних сполук, що містять атоми галогенів, було вирішено створенням композитів на основі ренію. Ме- тодика їх одержання передбачає осадження сульфіду ренію Re2S7 на пористих носіях, зо- крема на активованому вугіллі. Показано, що реній утворює окремі частинки, подібні за формою до риб’ячої луски. Такі ренійвмісні каталізатори гідрування мають набагато вищі характеристики, ніж нікель- та кобальтвміс- ні каталітичні системи, але найголовнішою їх перевагою є можливість збереження атомів га- логенів у складі продуктів. Отже, сульфід ре- нію Re2S7 можна розглядати як альтернативу паладію завдяки високій активності та ниж- чій собівартості каталітичних систем на його 90 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (4) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ основі. Гідрування галогенвмісних хінолінів у присутності Re2S7 дає можливість зберігати в карбоциклах зв’язки C–Br, а в деяких ви- падках навіть C–I, що є рідкісним випадком у галузі каталітичного гідрування. Отримані галогенвмісні насичені продукти процесів гі- дрування можуть бути функціоналізовані та є важливими проміжними сполуками в тонкому органічному синтезі. Отже, в Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Пи- саржевського НАН України розроблено такі нові каталітичні системи гідрування органіч- них сполук: • каталізатори на основі нанорозмірного паладію, використання яких дає можливість зменшити витрати цього високовартісного ме- талу в 10 разів порівняно з широковідомими комерційно доступними аналогами; • каталізатори на основі нікелю і кобальту, продуктивність яких є достатньо високою для їх застосування як альтернативи паладійвміс- ним системам гідрування широкого спектра органічних сполук; • каталізатори на основі сполук ренію, ви- користання яких дає можливість проводити каталітичне гідрування галогенвмісних орга- нічних сполук з дуже високою селективністю. У результаті виконання цих робіт розро- блено тимчасові лабораторні регламенти ви- готовлення дослідних партій каталізаторів гі- дрування і амінування на Державному підпри- ємстві «Каталіз і екологія», ефективність яких підтверджено актами випробувань. На НВП «Єнамін» і НВП «Укроргсинтез» впроваджено каталізатори гідрування органіч- них сполук на основі нікелю; методику стан- дартизації каталізатора гідрування ненасиче- них сполук воднем на основі нанорозмірного паладію та методику регенерації такого каталі- затора. Продукція цих підприємств для потреб тонкого органічного синтезу постачається в різні країни світу. Пріоритет та новизну наведених у допові- ді розробок захищено більш як 10 патентами України. На завершення хотів би зазначити, що у виконанні цих робіт, крім Інституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, брали участь співробітники Інституту орга- нічної хімії НАН України, Інституту високих технологій Київського національного універ- ситету імені Тараса Шевченка, Державного підприємства «Каталіз і екологія» Інституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, Науково-виробничого підприємства «Єнамін» та Науково-виробничого підприєм- ства «Укроргсинтез». Дозвольте висловити по- дяку всім колегам, з якими ми співпрацювали під час виконання цієї роботи. Дякую за увагу! За матеріалами засідання підготувала О.О. Мележик REFERENCES 1. Oil Market Report. IEA. October 2022. https://www.iea.org/reports/oil-market-report-october-2022 2. Pharmaceuticals Global Market Report 2022. https://www.researchandmarkets.com/r/bndiyg 3. Global Agrochemicals Market Report. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/global-agro-chemi- cals-market-report-132.html 4. Guideline for elemental impurities. Committee for Human Medicinal Products. European Medicines Agency. Am- sterdam, 2019. 5. Yoshii T., Nakatsuka K., Kuwahara Y., Mori K., Yamashita H. Synthesis of carbon-supported Pd–Co bimetallic cata- lysts templated by Co nanoparticles using the galvanic replacement method for selective hydrogenation. Royal Soc. Chem. Advances. 2017. 7(36): 22294. https://doi.org/10.1039/C7RA03846A 6. Gong Y., Zhang P., Xu X., Li Y., Li H., Wang Y. A novel catalyst Pd@ompg-C3N4 for highly chemoselective hydroge- nation of quinoline under mild conditions. J. Catal. 2013. 297: 272. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.10.018 7. Westerhaus F.A., Jagadeesh R.V., Wienhöfer G., Pohl M.-M., Radnik J., Surkus A.-E., Rabeah J., Junge K., Junge H., Nielsen M., Brückner A., Beller M. Heterogenized cobalt oxide catalysts for nitroarene reduction by pyrolysis of molecularly defined complexes. Nature Chem. 2013. 5: 537. https://doi.org/10.1038/nchem.1645 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 4 91 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 8. Yamada Y.M.A., Baek H., Sato T., Nakao A., Uozumi Y. Metallically gradated silicon nanowire and palladium nanopar- ticle composites as robust hydrogenation catalysts. Commun. Chemistry. 2020. 3: 81. https://doi.org/10.1038/s42004- 020-0332-z 9. Ivanytsya M.O., Ryabukhin S.V., Volochnyuk D.M., Kolotilov S.V. Modern Approaches to the Creation of Immo- bilized Metal-Complex Catalysts for Hydrogenation, Alkene Metathesis, and Cross-Coupling Processes: A Review. Theor. Exp. Chem. 2020. 56(5): 283. https://doi.org/10.1007/s11237-020-09660-4 10. Asaula V.M., Lytvynenko A.S., Mishura A.M., Kurmach M.M., Buryanov V.V., Gavrilenko K.S., Ryabukhin S.V., Volochnyuk D.M., Kolotilov S.V. In-situ formation of NixB/MIL-101(Cr) and Pd/MIL-101(Cr) composites for catalytic hydrogenation of quinoline. Inorg. Chem. Comm. 2020. 121: 108203. https://doi.org/10.1016/j. inoche.2020.108203 11. Asaula V.M., Buryanov V.V., Solod B.Y., Tryus D.M., Pariiska O.O., Kotenko I.E., Volovenko Y.M., Volochnyuk D.M., Ryabukhin S.V., Kolotilov S.V. Catalytic Hydrogenation of Substituted Quinolines on Co-Graphene Composites. Eur. J. Org. Chem. 2021. 47: 6623. https://doi.org/10.1002/ejoc.202101311 12. Asaula V.M., Shvets O.V., Pariiska O.O., Bur’yanov V.V., Ryabukhin S.V., Volochnyuk D.M., Kolotilov S.V. Compos- ites Based on Nanodispersed Nickel, Graphene-Like Carbon, and Aerosil for Catalytic Hydrogenation of Furfural and Quinoline. Theor. Exp. Chem. 2020. 56(4): 261. https://doi.org/10.1007/s11237-020-09657-z 13. Subotin V.V., Ivanytsya M.O., Terebilenko A.V., Yaremov P.S., Pariiska O.O., Akimov Y.M., Kotenko I.E., Sabov T.M., Kurmach M.M., Ryabukhin S.V., Volochnyuk D.M., Kolotilov S.V. Air-Stable Efficient Nickel Catalyst for Hydroge- nation of Organic Compounds. Catalysts. 2023. 13(4): 706. https://doi.org/10.3390/catal13040706 14. Subotin V.V., Asaula V.M., Lishchenko Y.L., Ivanytsya M.O., Pariiska O.O., Ryabukhin S.V., Volochnyuk D.M., Ko- lotilov S.V. Catalytic reductive amination of aromatic aldehydes on Co-containing composites. Chemistry. 2023. 5(1): 281. https://doi.org/10.3390/chemistry5010022 Sergey V. Kolotilov L.V. Pisarzhevsky Institute of Physical Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4780-4378 OUTLOOKS FOR REDUCING THE CONTENT OF PLATINUM METALS IN CATALYSTS FOR THE HYDROGENATION OF ORGANIC COMPOUNDS Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, February 22, 2023 The report states that the L.V. Pisarzhevsky Institute of Physical Chemistry of the NAS of Ukraine conducts relevant and important fundamental research on the influence of the structure of substances on their catalytic properties. Signifi- cant results have been obtained in the creation of new functional materials, such as catalysts for the hydrogenation of organic compounds, which have a significantly reduced content of platinum metals or do not contain them at all. The institute has substantial achievements in the field of productive catalysis for the fine organic synthesis of medication components and active substances for agrochemistry. Cite this article: Kolotilov S.V. Outlooks for reducing the content of platinum metals in catalysts for the hydrogenation of organic compounds. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (4): 85—91. https://doi.org/10.15407/visn2023.04.085

Репозитарії

Схожі ресурси