В современном обществе газообразные алканы, такие как пропан, изобутан и метан, регулярно сжигаются для получения энергии. Эти относительно дешевые и многочисленные молекулы также могут быть использованы для производства сложных молекул для лекарств или химических продуктов в сельском хозяйстве.
Текущие крупномасштабные процессы, которые активируют эти молекулы для последующих химических реакций, происходят при высоких температурах и давлениях, которые представляют собой суровые условия реакции, которые могут быть трудными и дорогостоящими в обслуживании, а также приводят к значительному образованию отходов. Кроме того, в конкретном случае метана высокие температуры, необходимые для активации, исключают использование любых получаемых продуктов в лекарствах, поскольку органические молекулы просто распадаются.
Исследовательская группа под руководством Тимоти Ноэля из TU / e в сотрудничестве с исследователями из Шанхайского технологического университета (Китай), Университета Павии (Италия) и Vapourtec Ltd. (Великобритания) разработали новый процесс активации алканов с использованием света при комнатной температуре и более низком давлении.
Значительный прорыв
«Это значительный прорыв в превращении алканов в полезные строительные блоки для лекарств и материалов для других отраслей промышленности», – говорит Ноэль. «Наш подход позволяет немедленно использовать алканы для получения более сложных молекул без множества нежелательных побочных продуктов, в то же время уменьшая загрязнение и упрощая процесс активации."
Чтобы реализовать этот новый процесс, исследователям пришлось столкнуться с двумя основными проблемами. Во-первых, им нужен был метод, который мог бы легко разъединить или разорвать связи C-H с энергией диссоциации связи (BDE) между 96.5 и 105 ккал моль-1. Связи C-H в метане разрушаются труднее всего. Во-вторых, обращение с газообразными алканами требует специальных технологий, которые могут привести алканы в тесный контакт с катализатором в тщательно контролируемой реакционной среде.
Исследователи решили обе эти проблемы, возбуждая алканы УФ-светом (около 365 нм) в присутствии подходящего катализатора при комнатной температуре.
«Используемый катализатор – декавольфрамат. При освещении катализатор становится очень энергичным и затем имеет достаточно энергии для расщепления связей C-H. Мы обнаружили, что это работает для метана, этана, пропана и изобутана », – говорит Ноэль.
Он добавляет: «Наш новый подход быстрее традиционных подходов, и мы рады видеть, как он развивается. В этом исследовании использовались микрореакторы, поскольку они способствуют большему контролю над условиями реакции, лучшему удержанию газообразного сырья и более легкому освещению катализатора.
В будущем мы рассмотрим реакторы, которые позволят увеличить производственные мощности."Этот новый метод открывает путь к более дешевому производству некоторых лекарств, учитывая, что стоимость активации газов для их производства будет ниже.