Катализ в зеленой химии
Катализ — важнейший инструмент «зеленой» химии
Литературный обзор
В обзоре с позиций принципов «зеленой» химии представлен анализ литературных данных последнего десятилетия, демонстрирующих существенные достижения в области каталитического синтеза органических соединений. Показано, что среди наиболее пер-спективных подходов к осуществлению таких процессов следует выделить применение новых катализаторов (в том числе наноразмерных) и растворителей (воды, ионных жидкостей, фторированных производных), СВЧ-технологий, сверхкритических и двухфазных сред, а также гетерогенизиро- ванных металлокомплексных каталитических систем. Рассмотрены основные области использования металлоком¬плексных систем: реакции гидрирования, парциального окисления и кросс-сочетания, в том числе энантиоселективные процессы.
Введение
Химия занимает особое место в развитии цивилизации, а ее роль в индустриальном обществе особенно велика. Именно с химией связаны разработка альтернативных источ-ников энергии (в частности, водородная энергетика) и новых видов топлива, синтез лекарственных препаратов, создание новых материалов, обеспечение устойчивых сельскохозяйственных урожаев и многое другое. Однако известна и «оборотная сторона» химизации, недаром химию обвиняют в загрязне¬нии окружающей среды, в том числе воздуха, воды и почвы. Можно без конца критиковать химические производства, но всем ясно, что человечество уже не может обходиться без лекарств, средств защиты растений, красителей, фотомате¬риалов, полимеров и волокон, а также многих других про¬дуктов химии. Есть ли возможность предложить разумный компромисс? Один из способов выхода из этой ситуации предлагает «зеленая» химия, хотя, естественно, наивно ожи¬дать решения всех проблем в рамках одной концепции. Авторы этой концепции — Анастас и Вернер[1,2] — разрабо¬тали в 1998 г. 12 принципов «зеленой» химии, взяв за основу девиз, близкий по духу к девизу медиков «не навреди» — «Seek prevention, not cure». Один из важнейших принципов — замена стехиометрических реакций каталитическими. Совер¬шенно очевидно, что каталитический процесс позволяет уменьшить объем реактора, сократить время реакции, сни¬зить температуру процесса, избежать получения ненужных отходов и, таким образом, значительно снизить экологиче¬ские последствия химического производства (environmental foot print).
Содержание не найдено
Литература
1. Green Chemistry: Theory and Practice. (Eds P.T.Anastas, J.C.Warner). Oxford University Press, Oxford, 1998
2. Green Chemistry: Frontiers in Chemical Synthesis and Processes. (Eds P.T.Anastas, T.C.Williamson). Oxford University Press, Oxford, 1998
3. R.A.Sheldon. C. R. Acad. Sci., Ser. IIc: Chim., 3, 541 (2000)
4. R.A.Sheldon, I.Arends, U.Hanefeld. Green Chemistry and Catalysis. Wiley-VCH, Weinheim, 2007
5. P.Tundo, A.Perosa, F.Zecchini. Methods and Reagents for Green Chemistry. Wiley, Hoboken, NJ, 2007
6. J.H.Clark, D.J.Macquarrie. Handbook of Green Chemistry and Technology. Blackwell, Abingdon, 2002
7. K.Tanabe, W.Hoelderich. Appl. Catal., A, 181, 399 (1999)
8. T.Iwata, H.Miki, Y.Fujita. In Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol. A19. Wiley-VCH, Weinheim, 1991. Р. 347
9. R.L.Augustine. Heterogeneous Catalysis for the Synthetic Chemist. CRC Press, New York, 1995
10. C.Pettinari, F.Marchetti, D.Martini. Comprehensive Coordination Chemistry II. Ch. 9.2. Elsevier, Amsterdam, 2004. P. 75
11. F.Roessler. Chimia, 50, 106 (1996)
12. Химия привитых поверхностных соединений.
(Под ред. Г.В.Лисичкина). Физматлит, Москва, 2003
13. J.M.Moreto, J.Albaiges, F.Camps. In Catalysis Homogenous and Heterogeneous. (Eds B.Delmon, G.Jannes). Elsevier, Amsterdam, 1975. P. 339
14. V.Z.Sharf, V.I.Isaeva. Stud. Surf. Sci. Catal., 75, 93 (1993)
15. M.Ichikawa, K.Sekizawa, S.Shikakura, M.Kawai. J. Mol.
Catal., 11, 167 (1981)
16. K.J.J.Balkus, M.Eissa, R.Lavado. J. Am. Chem. Soc., 117, 10753 (1995)
17. B.V.Romanovsky, A.G.Gabrielov. Stud. Surf. Sci. Catal., 72, 443 (1992)
18. J.M.Thomas, R.Raja. Stud. Surf. Sci. Catal., 170, 19 (2007)
19. J.-Y.Chen, S.-C.Chen, Y.-J.Tang, C.-Y.Mou, F.-Y.Tsai. J. Mol. Catal. A: Chem, 307, 88 (2009)
20. R.Ballesteros, M.Fajardo, I.Sierra, I.del Hierro. J. Mol. Catal. A: Chem., 310, 83 (2009)
21. B.F.G.Johnson, S.A.Raynor, D.B.Brown, D.S.Shephard, T.Mashmayer. J.M.Thomas, S.Hermans, R.Raja, G.Sanker.
J. Mol. Catal. A: Chem., 182 -193, 89 (2002)
22. A.Crosman, W.F.Hoelderich. J. Catal., 265, 229 (2009)
23. L.J.Lemus-Yegres, I.Such-Basanez, M.C.Roman-Martinez, C.Salinas-Martinez de Lecea. Appl. Catal., A, 331, 26 (2007)
24. H.P.Boehm. Adv. Catal., 16, 179 (1966)
25. V.Caballero, F.M.Bautista, J.M.Campelo, D.Luna, R.Luque, J.M.Marinas, A.A.Romero, I.Romero, M.Rodriguez, I.Serrano, J.M.Hidalgo, A.Llobet. J. Mol. Catal. A: Chem., 308, 41 (2009)
26. E.A.Cagnola, M.E.Quiroga, D.A.Liprandi, P.C.L'Argenliere. Appl. Catal., A, 274, 28 (2004).
27. F.Sanchez, M.Iglesias, A.Corma, C.del Pino. J. Mol. Catal., 70, 369 (1991)
28. R.Abu-Reziq, M.Shenglof, L.Penn, T.Cohen, J.Blum. J. Mol. Catal. A: Chem., 290, 30 (2008)
29. F.Gelman, D.Avnir, H.Schumann, J.Blum. J. Mol. Catal. A: Chem., 146, 123 (1999)
30. D.Duraczynska, E.M.Serwicka, A.Waksmundzka-Gora, A.Drelinkiewicz, Z.Olejniczak. J. Organomet. Chem., 693, 510 (2008)
31. C.M.Standfest-Hauser, T.Lummerstorfer, R.Schmid, H.Hoffmann, K.Kirchner, M.Puchberger, A.M.Trzeciak, E.Mieczynska, W.Tylus, J.J.ZioIkowski. J. Mol. Catal. A: Chem., 210, 179 (2004)
32. M.K.Dalal, R.N.Ram. Stud. Surf. Sci. Catal., 130, 3435 (2000)
33. V.Ayala, A.Corma, M.Iglesias, J.A.Rincon, F.Sanchez.
J. Catal., 224, 170 (2004)
34. C.Claver, E.Fernandez, R.Margalei'-Calala, F.Medina, P.Salagre, J.E.Sueiras. J. Catal., 201, 70 (2001)
35. P.Licence, J.Ke, M.Sokolova. Green Chem., 5, 99 (2003)
36. P.Wasserscheid, W.Keim. Angew. Chem., Int. Ed., 39, 3772 (2000)
37. Л.М. Густов, Т.В.Васина, В.А. Ксенофонтов. Рос. хим. журн., 48 (6), 13 (2004)
Некоторые из этих систем могут быть использованы в процессах парциального окисления с переносом атома кислорода (табл. 1).
Проведение реакций парциального окисления в сверхкритических средах дает возможность устранить некоторые проблемы, которые осложняют проведение этих процессов в обычных условиях, в частности, проблему полного окисления целевого продукта. Так, окисление спиртов в карбонильные соединения под действием воздуха на иммобилизованных на полимере (полиэтиленгликоля, ПЭГ) комплексах
палладия было эффективно осуществлено с использованием сверхкритического CO2.104
Один из примеров промышленного использования металлокомплексных каталитических систем в реакциях парциального окисления — разработанный компанией BASF процесс получения цитраля (интермедиата для последующего получения парфюмерной продукции и витаминов).