Установление ключевых факторов, определяющих высокую селективность «зеленых» процессов тонкого органического синтеза, протекающих в присутствии вольфрамсодержащих металлокомплексных бифункциональных катализаторов. 2017 г.

Цель фундаментальных экспериментальных исследований - установление ключевых факторов, определяющих высокую селективность «зеленых» процессов тонкого органического синтеза, протекающих в присутствии перспективных бифункциональных катализаторов на основе пероксокомплексов вольфрама, применяемых в реакциях окисления пероксидом водорода различных органических соединений. Предполагается получить новые каталитические системы по оригинальным методикам. Применение данных катализаторов позволит повысить селективность реакций окисления и даст возможность более аргументировано осуществлять выбор катализатора для окисления конкретных классов соединений. Исследования относятся к области межфазного катализа металлокомплексами и предполагают проведение фундаментальных экспериментальных работ, позволяющих получить новые данные о структурных характеристиках и свойствах бифункциональных катализаторов на основе пероксокомплексов вольфрама, являющихся перспективными катализаторами реакций окисления пероксидом водорода различных органических соединений. В рамках задач, поставленных в данном проекте, на втором этапе (2017 г.) были продолжены исследования с целью получения новых данных для выявления взаимосвязи строения катализаторов на основе пероксокомплексов вольфрама, содержащих органический катион, с их активностью в реакциях окисления органических субстратов с применением методов EXAFS и ИК-спектроскопии. Проведен скрининг синтезированных катализаторов на основе пероксокомплексов вольфрама (11 типов, два из которых синтезированы впервые) на модельных реакциях, и выбраны наиболее активные для окисления 30%-ным водным раствором пероксида водорода органических субстратов в двухфазной жидкой системе. Проведены детальные исследования реакции окисления октена-1 до гептановой кислоты в присутствии металлокомплексного бифункционального катализатора на основе пероксополиоксовольфраматного комплекса, включающего органический катион состава [MeOctn₃N]{PO₄[WO(O₂)₂]₄}, которые показали: возможность получения гептановой кислоты с высоким выходом (до 89%) при температурах 85 - 95°С и атмосферном давлении в одну стадию и без применения органических растворителей; перспективность дальнейших исследований с целью использования данной каталитической системы в реакциях окисления широкого ряда α-алкенов с получением монокарбоновых кислот, имеющих широкое применение в различных отраслях промышленности; целесообразность привлечения метода межфазного катализа для проведения окислительных процессов, позволяющих осуществлять более глубокую переработку нефтепродуктов. Проведены первичные эксперименты по каталитическому окислению N-фосфонометилиминодиуксусной кислоты до N-оксида пероксидом водорода в присутствии катализатора [MeOctn₃N]{PO₄[WO(O₂)₂]₄}, а также по окислительному расщеплению С=С связи фурфурола (продукт, получаемый из возобновляемого сырья) с получением янтарной кислоты. В ходе выполнения указанных исследований разработан ряд методик анализа для контроля и идентификации образующихся продуктов с применением методов: ТСХ, ГХ, ВЭЖХ, а также масс-спектрометрии. По результатам исследований опубликовано две статьи в журналах «Catalysis Communications», «Катализ в промышленности» и сделано три доклада на конференциях.