Химик РУДН создал нанокатализаторы для синтеза ванилина
Только 1% из 20 тысяч тонн ванилина, которые производятся в мире ежегодно, изготавливают из плодов натуральной ванили. Практически весь ванилин в составе приправ, выпечки, фармацевтических препаратов и косметики синтезирован химическим путем. Обычно для этого используют нефтехимическое сырье, но возможен и синтез из недорогой растительной биомассы. Главный ингредиент здесь — лигнин. Этот полимер широко доступен: он входит в состав древесины, и его получают при производстве бумаги как побочный продукт. Из лигнина легко выделить эвгенол и другие подходящие для синтеза ванилина вещества, но на следующем шаге возникают проблемы. В реакциях окисления наряду с ванилином образуется ряд побочных продуктов, похожих на него по структуре, и разделить их — сложная задача. Химик РУДН предложил серию экологичных нанокатализаторов, которые позволят получать из растительного сырья больше ванилина, чем традиционные методы.
«Долгие годы химическая промышленность была заинтересована в новых катализаторах для повышения экономической эффективности производства. Сегодня востребованными становятся катализаторы, которые позволяют перейти на более экологичные методы химического синтеза. Чем выше их каталитическая активность, тем мягче условия, в которых мы можем их применить. Это шанс снизить энергозатраты и нагрузку на окружающую среду», — Рафаэль Луке, профессор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины РУДН.
Чтобы создать эффективный катализатор, химик РУДН использовал преимущества наноструктурированных материалов. Чем больше мелких пор и каналов на единицу объема катализатора, тем больше поверхность, с которой могут взаимодействовать в ходе реакции химические вещества. Но активные наночастицы должны быть надежно связаны с этой поверхностью, чтобы не вымываться при первом же использовании катализатора. Решение нашлось в соединении веществ разных классов: кремниевой основы и металлических наночастиц. Для этого в растворителе смешали соль металла и тетраэтоксисилан (вещество-предшественник диоксида кремния) и подвергли смесь воздействию микроволн при температуре 80—100°C в течение нескольких минут. В серии экспериментов использовались разные металлы: медь, ниобий, молибден, вольфрам. Все материалы после просушки оказались высокопористыми: микроволны вызвали в них формирование нанотрубок. Дополнительные исследования показали, что металлические наночастицы встроились в кремниевую матрицу.
Все полученные катализаторы испытали в реакции окисления изоэвгенола перекисью водорода. Реагенты соединили в растворителе при температуре 80°C на 6 часов. За это время все материалы, кроме катализатора с молибденом, обеспечили переработку более чем 50% изоэвгенола. Но высокую селективность по отношению к ванилину, то есть получение наибольшей доли именно этого вещества, обеспечил только катализатор с медью. В его случае, как показал химик РУДН, 88% продуктов реакции составлял ванилин.
«Синтезированные материалы показали значительный потенциал в окислении изоэвгенола до ванилина. Один из полученных материалов с включением меди показал значительно более высокую селективность, чем известные ранее катализаторы. Как показали повторные реакции, этот катализатор можно использовать до четырех раз без существенной потери эффективности», — Рафаэль Луке, профессор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины РУДН.
Результаты исследования опубликованы в Molecular Catalysis.
Личинки мухи «чёрная львинка» в мире все чаще используются для утилизации отходов. Ученые института экологии РУДН поставили перед собой амбициозную задачу: понять, как тот или иной набор микроорганизмов в кишечнике личинок влияет на эффективность переработки разных видов отходов и как меняется состав микробиома в зависимости от условий питания. Никита Митькин — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник института экологии РУДН, рассказал о первых результатах этого трехлетнего исследования. В частности, ученые доказали, что набор микроорганизмов микробиома способен перестраиваться. Теперь предстоит установить, какие именно изменения являются функционально полезными и можно ли воспроизвести их целенаправленно, «запрограммировав» личинок чёрной львинки на переработку определенного вида сырья.
Коллектив института инженерных инновационных технологий РУДН под руководством старшего научного сотрудника Михаила Юрьевича Задорожного получил грант университета на разработку и исследование прототипа металлогидридной системы для аккумулирования энергии. Проект поддержан в рамках конкурса 2026 года на выполнение НИР/НИОКР научными коллективами под руководством молодых учёных.
Попробовать поискать ответ на вопрос, а почему происходит то или иное явление, — это уже наука, заявил на Фестивале науки в РУДН Фёдор Оцелюк, студент аграрно-технологического института. По его словам, разница между школьниками, студентами и настоящими учёными вовсе не в гениальности, а лишь в понимании того, «куда нести свой вопрос». Преподаватели и студенты дали советы будущим учёным, с чего именно начать путь в науку, как обрести единомышленников и стать частью научного сообщества.