КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 21-73-00239

НазваниеИсследование закономерностей селективного жидкофазного окисления органических субстратов пероксидом водорода на цирконий-содержащих металл-органических координационных полимерах

Руководитель Евтушок Василий Юрьевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл

Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова Гетерогенный катализ, жидкофазное окисление, пероксид водорода, металл-органические координационные полимеры, жидкофазная адсорбция

Код ГРНТИ31.15.27

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Селективное окисление органических соединений позволяет получить ряд ценных продуктов тонкого органического синтеза, таких как эпоксиды, органические кислоты, альдегиды и кетоны, сульфоксиды и т.д. Широко распространены методы окисления, основанные на применении стехиометрических количеств окислителей, таких как соли и оксиды переходных металлов, кислоты-окислители и другие соединения, содержащие активный кислород. Значительный недостаток таких реакций окисления заключается в образовании большого количества побочных продуктов, которые могут представлять опасность для человека и окружающей среды. Кроме того, отделение этих побочных продуктов часто является энерго- и трудозатратным процессом, особенно в тех случаях, когда целевой продукт предназначен для медицинских целей и даже следовые количества примесей недопустимы. Одним из способов преодоления этого недостатка является использование в качестве окислителя пероксида водорода, который содержит 50% активного кислорода и дает воду как единственный побочный продукт. Однако для того, чтобы реакции окисления пероксидом водорода шли селективно и с высокой эффективностью использования окислителя, необходим катализатор, который будет активировать пероксид водорода и облегчать перенос кислорода на субстрат. Разработка гетерогенных катализаторов, проявляющих высокую активность, селективность и стабильность в реакциях селективного окисления органических соединений пероксидом водорода является серьезным вызовом для научного сообщества, занимающегося проблемами окислительного катализа. Перспективными кандидатами на роль таких гетерогенных катализаторов являются металл-органические координационные полимеры (МОКП), которые сейчас интенсивно изучаются в самых разных областях применения. Высокопористая упорядоченная структура МОКП и большая концентрация металлических центров (которые обычно и являются источником каталитической активности) являются предпосылками для высокой активности МОКП в каталитических реакциях. В начале развития химии МОКП серьезным препятствием для использования их в катализе была недостаточная стабильность структуры в условиях реакций жидкофазного окисления. Однако в настоящее время обнаружены МОКП с исключительно высокой термической и гидролитической стабильностью. Среди них значительный интерес привлекают цирконий-содержащие МОКП. В результате исследования их каталитической активности показано, что Zr-МОКП катализируют селективное окисление тиоэфиров, алкенов и a,b-ненасыщенных соединений пероксидом водорода. При этом несмотря на одинаковую структуру циркониевых активных центров, Zr-МОКП проявляют различную активность в каталитическом окислении и ограниченную конверсию субстрата в реакциях эпоксидирования С=С связей (в условиях избытка окислителя), что указывает на сильное влияние адсорбционных свойств Zr-МОКП на их каталитические свойства. Также было обнаружено, что каталитическая активность и кислотно-основные свойства Zr-МОКП взаимосвязаны. Активация пероксида водорода на Zr-МОКП в ходе реакции происходит по нуклеофильному типу, но при обработке Zr-МОКП кислотой тип активации меняется на электрофильный и значительно увеличивается скорость реакции. В настоящее время имеются хорошо подтвержденные предположения о природе кислотных центров в Zr-МОКП. Однако основные центры практически не исследованы и отсутствуют данные о количестве кислотных и основных центрах в Zr-МОКП. Поэтому для выявления установления корреляции между каталитической активностью Zr-МОКП и их кислотно-основными свойствами необходимо сначала количественно охарактеризовать кислотные и основные центры в Zr-МОКП. В отличие от кислотно-основных свойств, адсорбционные свойства Zr-МОКП по отношению к воде и их зависимость от параметров Zr-МОКП достаточно хорошо исследованы. Их влияния на каталитическую активность Zr-МОКП в каталитическом окислении пероксидом водорода можно ожидать, так как пероксид водорода используется в виде водного раствора (обычно в безопасной концентрации 30 вес. %), и вода является одним из продуктов реакции. Сильная адсорбция воды на Zr-МОКП может препятствовать адсорбции менее полярного H2O2 и неполярных субстратов, замедляя каталитическую реакцию. Адсорбционные свойства Zr-МОКП по отношению к органическим субстратам и продуктам реакции также могут значительно влиять на активность Zr-МОКП и максимальную конверсию каталитической реакции. Жидкофазная адсорбция органических соединений на Zr-МОКП практически не изучена, в отличие от адсорбции воды. Вместе с этим систематические исследования связи адсорбционных свойств с активностью Zr-МОКП в каталитическом окислении органических соединений пероксидом водорода не проводились. Таким образом, проект направлен на систематическое исследование кислотно-основных и адсорбционных свойств Zr-МОКП и на выявление основных факторов, влияющих на активность Zr-МОКП в окислении органических субстратов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---