Химик РУДН создал нанокатализаторы для синтеза ванилина

Химик РУДН создал нанокатализаторы для синтеза ванилина

Химик РУДН предложил новый метод создавать катализаторы на пористой кремниевой основе с наночастицами металлов. Получаются эффективные катализаторы для органических реакций, например, для синтеза востребованного в пищевой и парфюмерной промышленности 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.

Теги Приоритет-2030
Новости
Все новости
Наука
6 октября
Аспирант РУДН получил грант «УМНИК-2026» для разработки программного обеспечения для расчёта деревянных конструкций

Аспирант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов инженерной академии РУДН Серафим Загородний вошёл в число победителей конкурса «УМНИК-2026» (очередь 1), организованного Фондом содействия инновациям. По итогам отбора его проект получил грант в размере 500 тысяч рублей сроком на 12 месяцев. Всего на конкурс было подано более 3 тысяч заявок по 6 направлениям, из которых к финансированию рекомендованы 500 проектов на общую сумму 250 миллионов рублей.

Наука
5 октября
«Междисциплинарность не на словах»: интервью с заместителем директора института инновационных инженерных технологий РУДН

Институт инновационных инженерных технологий (ИИИТ) РУДН объединяет лазерные технологии, материаловедение, медицину, геофизику, гироскопию и искусственный интеллект. Здесь создают биосовместимые покрытия для коронарных стентов, восстанавливают детали авиадвигателей, разрабатывают волновые твердотельные гироскопы и строят гоночные болиды для участия в международных соревнованиях «Формула Студент». О том, как устроен институт, какие разработки уже внедрены в промышленность и какие задачи предстоит решить, мы поговорили с заместителем директора института Рамзи Абу-Ниджимом.

Наука
23 сентября
Инновационные и представительские проекты: рассказываем о конкурсе «Совместный старт» для студентов РУДН

Продолжаем рассказывать о возможностях для студентов, которые хотят проявить себя как исследователи. Конкурс «Совместный старт» проводится ежегодно в весеннем семестре и ориентирован на поддержку молодёжных объединений. Его цель — помочь студенческим коллективам разработать инновационные и представительские проекты на основе проводимых в РУДН исследований, с перспективой участия в сторонних конкурсах, грантовых программах и научно-технических мероприятиях.