En miljøvenlig metode til syntese af kanelaldehyd

En kemiker fra RUDN University har udviklet en økologisk sikker metode til at opnå kanelaldehyd - en forbindelse med antibakteriel og anticanceraktivitet. Forskeren brugte katalysatorer baseret på jern- og palladiumnanopartikler for at undgå dannelsen af ​​miljøskadelige biprodukter. Denne miljøvenlige tilgang kan udvides til andre organiske forbindelser af aldehydklassen, der er vigtige for medicin, landbrug, og fødevareindustrien. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Molekylær katalyse .

Traditionelle metoder til oxidation af alkoholer til aldehyder og ketoner ved hjælp af krom og mangan fører til dannelsen af ​​et stort antal skadelige biprodukter, som skal bortskaffes separat. For at undgå dette, man kan bruge bløde selektive oxidationsmidler - f.eks. brintoverilte. Imidlertid, denne reaktion kræver katalyse; uden det, udbyttet af produktet er ikke mere end 10 procent. Men eksisterende katalysatorer, såsom sølvfosfat, platin- og palladiumforbindelser, er også giftige eller dyre. Derfor, opgaven med at finde en billig, effektiv og miljøvenlig katalysator til industriel produktion af kanelaldehyd er fortsat relevant.

Kemikere, der skaber katalysatorer, kan løse flere problemer. For det første, det er nødvendigt at opnå høj effektivitet, det er, katalysatoren skal lette reaktionen af ​​den største andel af reagenser inkorporeret i den oprindelige blanding. For det andet Katalysatoren skal være meget selektiv - det betyder, at andelen af ​​uønskede biprodukter skal være minimal. For det tredje, katalysatoren skal være sikker for miljøet. Alle disse problemer er relevante for oxidationsreaktioner af alkoholer, som resulterer i dannelsen af ​​aldehyder og ketoner - vigtige forbindelser til organisk syntese, medicin, parfumeindustri eller landbrug.

Forskerholdet ledet af RUDN University kemiker Rafael Luque har foreslået en effektiv og miljømæssig sikker katalysator til syntese af kanelaldehyd. Denne aromatiske forbindelse har antibakteriel og anticarcinogen aktivitet og er meget udbredt i fødevare- og parfumeindustrien som et smagsstof, og i landbruget som et fungicid. En af de vigtigste måder at opnå det på er oxidation af cinnamylalkohol.

Luque har foreslået at bruge katalysatorer baseret på jern- og palladiumnanopartikler opnået ved den mekanokemiske metode. Disse nanopartikler katalyserer den selektive oxidation af cinnamylalkohol med hydrogenperoxid under mikrobølgebestråling. På samme tid, de er miljøsikre og relativt billige.

Imidlertid, for at jern og palladium kan fungere som katalysatorer, de skal påføres en passende porøs overflade:dens struktur og kemiske egenskaber bestemmer også effektiviteten af ​​hele det katalytiske system. Som sådanne matricer, kemikere brugte flere typer porøse silikat- og aluminosilikatsubstrater, som interagerer forskelligt med ilt og derfor fører til dannelse af forskellige produkter.

For at vurdere effektiviteten af ​​katalysatoren, kemikere målte graden af ​​omdannelse, det er, andelen af ​​alkohol omdannet til aldehyd. For at teste selektiviteten af ​​katalysatorer, videnskabsmænd målte forholdet mellem kanelaldehyd og et uønsket biprodukt - benzaldehyd - i den endelige blanding. Den mest effektive katalysator var et system af jernnanopartikler på en aluminosilikatzeolitmatrix. Omdannelsesraten for det var over 80 procent - højere end for palladiumkatalysatorer og opløsningen af ​​jernsalte.

I dette tilfælde, katalysatoren af ​​palladiumnanopartikler på et magnetisk silikatsubstrat overgik selektiviteten af ​​alle andre muligheder. Efter brug af denne katalysator, andelen af ​​kanelaldehyd i den endelige blanding oversteg 60 procent.

For at forstå, hvorfor jernbaserede katalysatorer er mere effektive, og palladiumbaserede katalysatorer er mere selektive, forfatterne studerede den underliggende mekanisme. De fandt ud af, at oxidationen af ​​cinnamylalkohol dannede et mellemprodukt med en epoxygruppe, -på grund af det, mere effektive katalysatorer accelererer samtidig oxidationsreaktionen med ødelæggelsen af ​​kulstofkæden og dannelsen af ​​kortere molekyler af benzaldehyd, hvilket reducerer selektiviteten.

På trods af at den høje effektivitet af de undersøgte katalytiske systemer er forbundet med et fald i selektivitet, Katalysatorer består af jernnanopartikler på zeolitmatricer har begge indikatorer høje nok til potentiel brug i industriel produktion. Forfatterne mener, at på grund af høj aktivitet af sådanne katalysatorer - primært baseret på jernnanopartikler - kan den bruges til at oxidere ikke kun cinnamylalkohol, men også andre forbindelser med en lignende kemisk struktur.