Un equipo de científicos del Instituto de Investigación de Química (RIC) de la Universidad RUDN y colegas de los principales centros científicos han creado un nuevo catalizador, sustancia que activa procesos de oxidación en componentes de petróleo y gas de baja reactividad. El nuevo método de procesamiento de hidrocarburos producirá de manera eficiente sustancias orgánicas valiosas como ácidos y alcoholes mediante una reacción que solo requiere un calentamiento menor y no aumenta la presión. Los resultados del trabajo del equipo fueron publicados en el Revista de química organometálica .

"Los catalizadores que hemos creado contienen silicio (o germanio) y metal (cobre, planchar, cobalto, etc.). Son capaces de romper fácilmente los enlaces entre los átomos de carbono e hidrógeno tanto en hidrocarburos saturados como insaturados (los principales componentes del petróleo y el gas) y convertirlos en productos valiosos:alcoholes, ácidos y éteres. Este es un tema de actualidad:algunos trabajos sobre la activación de enlaces carbono-hidrógeno fueron preseleccionados para el Premio Nobel de Química 2017, "dice Alexey Bilyachenko, uno de los coautores del trabajo.

En el curso de su trabajo, los investigadores aplicaron métodos sintéticos utilizando las capacidades del silicio orgánico y los derivados del germanio para formar estructuras tridimensionales inusuales que incorporan átomos de diferentes metales. Estos compuestos estructurales son solubles en disolventes orgánicos aumentando la actividad de una partícula catalítica. Es más, la estructura de la matriz determina la dirección del "ataque del catalizador" (por ejemplo, la oxidación de una molécula orgánica se dirige a determinadas posiciones de una molécula de reactivo).

Los catalizadores descritos en el trabajo se clasifican como silsesquioxanos metálicos prismáticos. Estos compuestos consisten en una capa intermedia que contiene metal ubicada entre dos capas del ciclo que contiene silicio. Cada átomo de silicio está conectado a un sustituto orgánico.

Las características estructurales y la nuclearidad de los silsesquioxanos metálicos (es decir, el número de átomos metálicos en el compuesto) dependen en gran medida de las condiciones de síntesis, lo que genera ciertas dificultades para los investigadores. Uno de los principales resultados del trabajo del equipo es determinar los componentes necesarios de una mezcla reactiva que permita obtener un producto final con un cierto número de átomos metálicos, determinando así otras propiedades de un catalizador. A saber, los investigadores mostraron la posibilidad de una producción dirigida de productos pentanucleares al sintetizar compuestos que contienen cobre, cobalto, e iones de níquel con el uso de un conocido compuesto heterocíclico piridina. Notablemente, los productos formados en otros sistemas eran hexanucleares.

Otro descubrimiento importante fue la estabilidad de la rara estructura pentanuclear en el curso de la transición de materia sólida a solución. Se demostró mediante el ejemplo de un compuesto que contiene cobre. Después de reemplazar la piridina con dimetilformamida, un solvente que se usa ampliamente en el trabajo de laboratorio, los investigadores determinaron (utilizando investigaciones de XRD) que tanto los compuestos de origen como los de destino tenían la misma estructura pentanuclear. Esto indica una estabilidad bastante alta del compuesto de estructura que es importante para extender el período de actividad de un catalizador en una solución.

Los experimentos catalíticos presentados en este trabajo muestran que un compuesto que contiene cobre pentanuclear es eficaz en el catalizador homogéneo de la oxidación de alcohol secundario (a cetonas) y alcanos (a alquilhidroperóxidos) con el uso de peróxidos. Notablemente, estas reacciones tienen lugar en condiciones leves, es decir, después de un calentamiento leve y sin aumento de presión. Los métodos descubiertos de procesamiento de petróleo y gas mediante la activación de hidrocarburos con compuestos que contienen metales tienen una ventaja obvia sobre las tecnologías habituales de craqueo y pirólisis que requerían equipos costosos resistentes a la temperatura y la presión.

"Obviamente, los nuevos métodos de procesamiento abren numerosas perspectivas tanto para la ciencia académica fundamental como para la aplicación práctica, "dice Alexey Bilyachenko, subdirector del Instituto de Investigaciones Químicas de la Universidad RUDN.