Uma equipe de cientistas do Instituto de Pesquisa de Química (RIC) da Universidade RUDN e colegas dos principais centros científicos criaram um novo catalisador, uma substância que ativa processos de oxidação em componentes de baixa reatividade de óleo e gás. O novo método de processamento de hidrocarbonetos produzirá com eficiência substâncias orgânicas valiosas, como ácidos e álcoois, usando uma reação que requer apenas um pequeno aquecimento e nenhum aumento de pressão. Os resultados do trabalho da equipe foram publicados no Journal of Organometallic Chemistry .

"Os catalisadores que criamos contêm silício (ou germânio) e metal (cobre, ferro, cobalto, etc.). Eles são capazes de quebrar facilmente as ligações entre os átomos de carbono e hidrogênio em hidrocarbonetos saturados e insaturados (os principais componentes do petróleo e do gás) e transformá-los em produtos valiosos:álcoois, ácidos, e éteres. Este é um assunto atual - alguns trabalhos sobre a ativação de ligações de carbono-hidrogênio foram selecionados para o Prêmio Nobel de Química de 2017, "diz Alexey Bilyachenko, um dos co-autores da obra.

No curso de seu trabalho, os pesquisadores aplicaram métodos sintéticos usando as habilidades de derivados orgânicos de silício e germânio para formar estruturas tridimensionais incomuns que incorporam átomos de metais diferentes. Esses compostos estruturais são solúveis em solventes orgânicos, aumentando a atividade de uma partícula catalítica. Além disso, a estrutura da matriz determina a direção do "ataque do catalisador" (por exemplo, a oxidação de uma molécula orgânica é direcionada a certas posições de uma molécula reagente).

Os catalisadores descritos no trabalho são classificados como silsesquioxanos metálicos prismáticos. Esses compostos consistem em uma camada intermediária contendo metal, localizada entre duas camadas de ciclo contendo silício. Cada átomo de silício está conectado a um substituto orgânico.

As características estruturais e a nuclearidade dos silsesquioxanos metálicos (isto é, o número de átomos metálicos no composto) são altamente dependentes das condições de síntese, causando certas dificuldades para os pesquisadores. Um dos principais resultados do trabalho da equipe é a determinação dos componentes necessários de uma mistura reativa que possibilita a obtenção de um produto final com um certo número de átomos de metal, determinando assim as propriedades adicionais de um catalisador. Nomeadamente, os pesquisadores mostraram a possibilidade de produção direcionada de produtos pentanucleares ao sintetizar compostos contendo cobre, cobalto, e iões de níquel com a utilização de um conhecido composto heterocíclico de piridina. Notavelmente, os produtos formados em outros sistemas eram hexanucleares.

Outra descoberta importante foi a estabilidade da rara estrutura pentanuclear no curso da transição da matéria sólida para uma solução. Foi demonstrado através do exemplo de um composto contendo cobre. Depois de substituir a piridina por dimetilformamida, um solvente que é amplamente utilizado em trabalhos de laboratório, os pesquisadores determinaram (usando investigações de XRD) que os compostos fonte e alvo tinham a mesma estrutura pentanuclear. Isso indica uma estabilidade bastante elevada do composto estrutural, o que é importante para estender o período de atividade de um catalisador em uma solução.

Experimentos catalíticos apresentados neste trabalho mostram que um composto contendo cobre pentanuclear é eficaz no catalisador homogêneo da oxidação de álcool secundário (para cetonas) e alcanos (para alquil-hidroperóxidos) com o uso de peróxidos. Notavelmente, essas reações ocorrem em condições moderadas, isso é, após aquecimento mínimo e sem aumento de pressão. Os métodos descobertos de processamento de petróleo e gás por meio da ativação de hidrocarbonetos com compostos contendo metais têm uma vantagem óbvia sobre as tecnologias usuais de craqueamento e pirólise que exigiam equipamentos caros resistentes a temperatura e pressão.

"Obviamente, os novos métodos de processamento abrem inúmeras perspectivas tanto para a ciência acadêmica fundamental quanto para a aplicação prática, "diz Alexey Bilyachenko, vice-diretor do Instituto de Pesquisa de Química da Universidade RUDN.