Дизайн гранулированных бифункциональных катализаторов на основе переходных металлов для реализации органических one-pot реакций в проточном режиме на примере восстановительной этерификации карбонильных соединений

Важнейшим приоритетом современной органической химии является замена традиционных технологий на каталитические процессы, позволяющие уменьшить количество отходов за счёт увеличения селективности, уменьшения стадийности и замещения токсичных реагентов. С практической точки зрения, использование гетерогенных катализаторов в гранулированном виде позволит реализовать на практике непрерывные процессы синтеза органических соединений в проточных реакторах. Синтез органических соединений обычно включает несколько стадий, поэтому перспективным направлением является развитие методологии «one-pot синтеза», основанной на проведении одновременно нескольких реакций в присутствии бифункционального катализатора, содержащего металлические и кислотные центры. Так, привлекательным методом синтеза ассиметричных эфиров является восстановительная этерификация карбонильных соединений в присутствии молекулярного водорода и бифункциональных каталитических систем. Современной тенденцией является использование катализаторов, содержащих переходные металлы (Ni, Cu, Co) в качестве гидрирующих компонентов взамен катализаторов на основе благородных металлов (Pd, Pt и др.), нанесенных на цеолитсодержащие носители. Целью проекта является разработка способов приготовления бифункциональных катализаторов, содержащих наночастицы переходных металлов на поверхности гранулированных композитных носителей с кислотными свойствами, для реализации одностадийной восстановительной этерификации альдегидов и кетонов алифатическими спиртами в проточном режиме. Задача разработки бифункциональных катализаторов для реакции восстановительной этерификации может быть решена в результате сравнительного исследования образцов, отличающихся природой, силой и соотношением кислотных и металлических центров. Будет проведен синтез широкого круга нанесенных металлических (Ni, Cu, Co) катализаторов на гранулированных алюмооксидном и цеолитсодержащих носителях. В качестве предшественников для приготовления металлических наночастиц будут использоваться аммиачно-карбонатные комплексы соответствующих металлов (Ni, Cu, Co), которые будут наноситься на носители методами пропитки по влагоемкости или осаждения из раствора в результате испарения аммиака при нагревании. Будут исследованы каталитические свойства бифункциональных катализаторов M/цеолит-Al2O3, отличающихся природой и концентрацией металла, природой цеолита в реакциях восстановительной этерификации ароматических и алифатических карбонильных соединений с различными спиртами в проточных реакторах. C помощью комплекса физико-химических методов исследования (РФА, РФЭС, ПЭМ, СЭМ, термический и химический анализ, NH3-ТПД и ТПВ) будут изучены закономерности формирования наночастиц Ni, Cu, Co на различных носителях. В результате исследования будут установлены общие закономерности и особенности формирования предшественников (соединений, образующихся непосредственно после нанесения) активных металлов различной природы, на алюмооксидных и цеолитсодержащих носителях; выявлено взаимное влияния металла и цеолита на их физико-химические свойства. Комплексный подход к проблеме позволит установить взаимосвязь между физико-химическими характеристиками катализатора и его каталитическими свойствами, провести настройку баланса металлических и кислотных центров в бифункциональном катализаторе путем изменения концентрации металла, природы цеолита (ZSM-5, ZSM-22, SAPO-11 и др.) и его содержания в композите, сформулировать требования к катализатору и оптимизировать условия получения эфиров из карбонильных соединений и спиртов, отличающихся строением. В ходе реализации проекта будут разработаны подходы к приготовлению высокодисперсных металлических катализаторов, которые в дальнейшем могут быть использованы для исследования более широкого круга органических one-pot реакций; изучения размерных и синергетических (между кислотными и металлическими центрами) эффектов в катализе.