Химик РУДН создал нанокатализатор для органических соединений на основе апельсиновой кожуры

Химик РУДН создал нанокатализатор для органических соединений на основе апельсиновой кожуры

Органические вещества азотсодержащие гетероциклы используют в химической и медицинской промышленности. Их производят с помощью катализаторов из дорогостоящих благородных металлов. Химик РУДН создал нанокатализатор для азотосодержающих гетероциклов, который состоит из оксида цинка и ниобия, а получается с помощью апельсиновой кожуры без дополнительных химикатов. Он позволяет достичь почти 100% эффективности реакции и делает производство гетероциклов эффективнее и дешевле.

Азотсодержащие гетероциклы — органические вещества, которые используются как красители, для производства пластмасс, лекарственных препаратов (хинин, морфин, пирамидон). В синтезе азотсодержащих гетероциклов применяют катализаторы на основе дорогостоящих благородных металлов — например, золота, палладия, иридия. Попытки использовать не благородные металлы безуспешны — такие катализаторы оказываются или низко эффективными, или нестабильными. Химик РУДН создал нанокатализатор на основе «обычных» металлов ниобия и цинка, который позволяет получать азотосодержащие гетероциклы из биомассы с почти стопроцентной эффективностью. Исходным веществом, или платформенной молекулой, химики выбрали левулиновую кислоту.

«Левулиновая кислота, которая легко получается из биомассы, — одна из 10 самых перспективных платформенных молекул. Превращение левулиновой кислоты в азотсодержащие гетероциклы стало весьма привлекательной темой в последние несколько лет благодаря замечательной способности гетероциклов служить и в фармацевтической, и в агрохимической, и в полимерной промышленности», — Рафаэль Луке, PhD, руководитель научного центра «Молекулярный дизайн и синтез инновационных соединений для медицины» РУДН.

Химики создали нанокатализатор механохимическим способом — то есть простым перемешиванием в специальной мельнице, без растворителей и других дополнительных веществ. Основой, на которой формировался катализатор, стала апельсиновая кожура. В камеру мельницы поместили заранее перемолотую апельсиновую кожуру, безводную форму ацетата цинка и 18 стальных шариков диаметром 1 см. В течение 20 минут «смесь» перемешивали с частотой 350 оборотов в минуту, а затем нагревали в течение 2 часов при температуре 200℃. В результате получились наночастицы оксида цинка. Роль апельсиновой кожуры заключалась в том, чтобы собрать на своей поверхности ацетат цинка и помочь образовать переходные соединения. При обжиге остатки кожуры частично удалились из смеси. Затем получившиеся наночастицы оксида цинка с помощью мельницы соединили с содержащими ниобий частицами так, чтобы концентрация металла в итоговом катализаторе была от 2,5 до 10%.

Химики проверили действие нанокатализатора в реакции превращения левулиновой кислоты в азотосодержащий гетероцикл. Химики РУДН подобрали оптимальный состав, при котором нанокатализатор работает эффективнее всего — 10% от массы катализатора должен занимать ниобий, 90% — оксид цинка. При таком составе почти вся (94,5%) левулиновая кислота превращается в желаемое вещество практически без побочных продуктов — 97,4% продуктов выхода составили азотосодержащие гетероциклы.

«Эта работа иллюстрирует возможность производства ценных соединений из биоотходов — нужно только „поиграть“ со структурой катализатора. Использование органических отходов в сочетании с экологически чистыми процедурами дает альтернативу нынешней химической промышленности, которая сейчас сильно зависит от ископаемого топлива», — Рафаэль Луке, PhD, руководитель научного центра «Молекулярный дизайн и синтез инновационных соединений для медицины» РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Catalysis Today.

Новости
Все новости
Наука
30 июля
Химик РУДН нашел способ сделать производство биотполива в 4-10 раз эффективнее с помощью кремниевой матрицы и гетерополикислот

Химик РУДН создал кремниевый молекулярный каркас для получения эфиров из отходов сельского хозяйства, древесной и бумажной промышленности. Он в 4-10 раз повышает эффективность получения эфиров, которые можно использовать как биотопливо. Это позволит снизить энергозатраты и сделает производство биотоплива дешевле. 

Наука
28 июля
Химики РУДН разработали новый путь синтеза веществ для фармацевтики

Химики РУДН предложили универсальный способ синтеза производных тиеноиндолизинов. Свойства этих веществ позволяют использовать их для создания антибактериальных и противораковых препаратов, а также в производстве новых материалов для оптоэлектроники.

Наука
26 июля
Химики РУДН разработали домино-реакцию для получения противоопухолевых препаратов

Химики РУДН предложили новую реакцию для получения сложных органических веществ в одном сосуде. Продукты синтеза оказались эффективными против клеток раковых опухолей, в том числе — устойчивых к известным препаратам.