В химической индустрии для производства фармацевтических препаратов и других важных веществ часто используют редкие, дорогостоящие металлы. Замена этих металлов более доступными и изобильными аналогами приносила бы выгоду в плане экологической устойчивости, снижения затрат и уменьшения риска проблем в поставках.
Недавнее исследование, опубликованное в Chemistry - A European Journal, представляет собой попытку ответить на этот запрос со стороны исследователей из Осакского университета и их соавторов. Представленные здесь простые и мягкие условия реакции могут послужить примером для исследователей, стремящихся уменьшить использование дорогих металлов в различных химических реакциях.
Известные как благородные металлы, такие как палладий, обладают удивительной универсальностью. Например, палладий часто применяется в качестве катализатора в химическом превращении, превращающем нитрилы в первичные амины, что является шагом в производстве нейлона и пластика. Тем не менее, эти металлы редки и дороги. Замены на основе более доступных металлов, таких как никель, могут быть более дешевыми катализаторами. К сожалению, большинство дешевых металлов требуют сложных экспериментальных условий, таких как высокие давления и температуры, для описанного выше химического превращения. Исследовательская группа поставила перед собой задачу выяснить, обладает ли никелькарбид теми же ограничениями, и, в случае отсутствия таковых, оценить, в каких пределах возможны химические превращения с использованием этого катализатора.
"В нашей работе мы тщательно изучаем химию реакции, которая лежит в основе нового гетерогенного катализатора на основе наночастиц карбида никеля для селективного гидрирования нитрилов в первичные амины", — объясняет Шо Ямагути, ведущий автор исследования. "Сфера применения субстратов широка — многие типы гетероароматических и алифатических нитрилов могут подвергаться такому превращению".
Исследователи отмечают несколько преимуществ своего катализатора.
- Во-первых, несмотря на требуемые мягкие условия реакции - 1 атмосфера давления водорода и относительно низкая температура около 150°C, - катализатор все равно проявил активность в 4 раза выше, чем у обычных никелевых наночастиц.
- Во-вторых, катализатор был многократно переиспользован - как минимум 3 раза.
- В-третьих, выходы реакции были высокими - до 99%.
"Мы в восторге, потому что наши исследования помогут уменьшить использование дорогих металлов и упростят экспериментальное оборудование для обычного класса химических синтезов", - говорит Томоо Мизугаки, старший автор. "Кроме того, наши теоретические расчеты предоставляют представление, которое поможет нам оптимизировать катализатор для дополнительных приложений."
Эта работа является важным шагом вперед в повышении устойчивости класса химических реакций, необходимых для синтеза фармацевтических препаратов и многих других повседневных продуктов. Поскольку никелевый катализатор гораздо дешевле благородного металла, и требуемые экспериментальные процедуры просты, возможные применения для дальнейших химических превращений должны быть прямолинейными.