Новости химической науки > Упрощение промышленного синтеза циклогексанона

Исследователи из Китая разработали эффективный способ синтеза циклогексанона – химического вещества, являющегося основным прекурсором в промышленном синтезе нейлона. В новом подходе используется катализатор двойного действия, в состав которого входит палладий и кислота Льюиса.

Новый метод позволит значительно упростить производство циклогексанона (ежегодно в мире производятся миллионы тонн этого вещества).

Комбинированный катализатор не только ускоряет протекание реакции, но и способствует стабилизации образующегося продукта. (Рисунок из Science, 2009, DOI: 10.1126/science.1179713)

В настоящее время в основе промышленного получения циклогексанона лежит реакция гидрирования фенола, однако этот в ходе такого каталитического гидрирования возможно протекание нежелательной реакции восстановления образующегося циклогексанона до циклогексанола, являющегося главным побочным продуктом промышленного процесса. Для увеличения выхода циклогексанона в схеме его промышленного получения предусмотрен этап окисления циклогексанола.

В поисках способа исключения из технологической схемы получения циклогексанона стадии окисления исследователи из Китая провели скрининг ряда катализаторов, в конечном итоге разработав новый комбинированный катализатор, состоящий из наночастиц палладия, нанесенных на твердую подложку из углерода, цеолита или оксида алюминия, и кислоты Льюиса (например AlCl₃). Такой состав катализатора препятствует восстановлению циклогексанона, использование нового катализатора позволяет добиться 99.9% конверсии фенола в циклогексанон; селективность процесса составляет 99.9%.

Возглавлявший работу над проектом Бусинь Хан (Buxing Han) из Академии наук Китая (Пекин) полагает, что высокая активность двойной каталитической системы может обуславливаться тем фактом, что палладий, кислота Льюиса и реагенты могут контактировать друг с другом.

Хан поясняет, что палладий активирует газообразный водород, а кислота Льюиса увеличивает активность ароматического кольца фенола в реакции гидрирования. Самым важным является то обстоятельство, что при образовании циклогексанона кислотно-основное взаимодействие кислоты Льюиса с кетоном ингибирует дальнейшее гидрирование и образование циклогексанола. Благодаря высокой селективности реакции выделение целевого продукта и регенерация катализатора для его повторного использования представляет собой достаточно простой процесс.

Однако Марк Кине (Mark Keane) из Университета Хериот-Уотта (Эдинбург) говорит о том, что рано говорить о перевороте в промышленном способе производства циклогексанона – он полагает, что реакция, протекающая в течение семи часов при давлении в 10 атмосфер, вряд ли может быть масштабирована.

Кине отмечает, что в настоящий момент можно говорить о том, что китайские исследователи разработали новый подход, который может применяться всего лишь в рамках лаборатории. Он подчеркивает, что для крупнотоннажного производства необходимо перейти от процесса, протекающего в реакторе с замкнутым объемом к процессу, который можно осуществить в проточном реакторе непрерывного действия. Для того чтобы новый метод получения циклогексанона действительно стал промышленным методом его необходимо оптимизировать, увеличив скорость реакции и понизив давление в системе.'

Еще одну проблема, препятствующая применению нового процесса получения циклогексанона в промышленности, заключается в том, что растворителем для разработанной китайскими химиками реакции является дихлорметан, однако в группе Хана уже пытаются решить эту проблему. Для демонстрации того, что получение циклогексанона новым методом может быть проведено и в более «зеленых» условиях исследователи показали, что разработанный ими катализатор успешно справляется с селективным гидрированием фенола и в сверхкритическом CO₂. Хан уверен, что метод можно адаптировать для получения циклогексанона в проточном реакторе непрерывного действия.

Источник: Science, 2009, DOI: 10.1126/science.1179713

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #органическая химия, #органический синтез, #химическая технология, #химия поверхности