Эффективный катализ и моделирование в целях разработки высокопроизводительного процесса метоксикарбонилирования октена-1

Проект открывает новое для коллектива направление – моделирование сложных каталитических процессов карбонилирования, приводящих к образованию изомерных О-содержащих соединений, как основы для разработки технологии получения химических и фармацевтических продуктов. Проект посвящен разработке одностадийного ресурсосберегающего синтеза метилпеларгоната из доступного сырья – октена-1, метанола и СО. Впервые будет разработана система синтеза метилпеларгоната, обеспечивающая высокую производительность и эффективное использование оборудования. Алкоксикарбонилирование алкенов, катализируемое наиболее активными Pd-фосфиновыми системами с сильными Н-кислотами, осложняется изомеризацией алкена и образованием изомерных сложных эфиров, другие побочные продукты не образуются. Основные задачи проекта – повышение селективности и моделирование процесса метоксикарбонилирования октена-1 с определением оптимальных условий по критерию выхода метилпеларгоната. Актуальность работы обусловлена тремя аспектами. 1) Перспективы развития синтезов на основе СО, выделяемого из синтез-газа, который можно получать из традиционных (нефти и природного газа) и возобновляемых источников сырья (отходы биомассы), а также каменного угля. Синтез сложных эфиров алкоксикарбонилированием алкенов избавляет от необходимости получения карбоновых кислот для последующей их этерификации спиртами. По сравнению с кислотнокаталитической этерификацией алкоксикарбонилирование в присутствии комплексов металлов протекает необратимо с высокими выходами в мягких условиях. 2) Метилпеларгонат – возможный полупродукт в синтезе ванилиламида пеларгоновой кислоты – действующего компонента противоревматических средств. Смесь побочных продуктов метоксикарбонилирования октена-1 (разветвленных сложных эфиров) можно использовать для получения амидов – добавок при формовании водостойких гипсовых плит. Имеются данные о возможности применения сложных эфиров как пластификаторов полимеров и компонентов смазок. 3) Внедренных процессов карбонилирования ненасыщенных соединений в мире крайне мало. Одна из причин этого, по нашему мнению, - в необходимости детальных кинетических исследований и моделирования химических систем, включающих несколько реагентов и компонентов каталитической системы, влияние которых на скорость процесса может быть сопряженным. Полученные при реализации проекта модели метоксикарбонилирования октена-1 и установленные оптимальные условия позволят вести процесс с наибольшим выходом целевого продукта при минимальном расходе каталитической системы. В ходе работ будут проанализированы литературные данные по алкоксикарбонилированию с публикацией обзорной статьи. Будет исследовано влияние наиболее перспективных органофосфиновых промоторов на скорость и селективность метоксикарбонилирования октена-1 и будут выбраны две каталитические системы (катализатора) для дальнейшей работы. Полученные результаты, дополненные литературными данными и квантовохимическими расчетами, позволят установить взаимосвязь промотирующей способности фосфинов с электронными и/или стерическими факторами. С использованием выбранных каталитических систем будут проведены исследования влияния температуры, реагентов и компонентов каталитических систем на скорость и селективность метоксикарбонилирования октена-1. Будет детализирован механизм алкоксикарбонилирования алкенов и разработаны кинетические модели образования метилпеларгоната и модели селективности процесса по этому продукту. Впервые будут определены оптимальные условия метоксикарбонилирования октена-1 при использовании наиболее перспективных каталитических систем (катализаторов). Будет установлен оптимальный состав каталитической системы, обеспечивающий максимальный выход целевого продукта в мягких условиях, как основа для разработки ресурсосберегающей технологии синтеза метилпеларгоната с высокой производительностью и эффективным использованием оборудования.