Гидрирование олефинов в присутствии наночастиц паладия

Селективное гидрирование кратных связей является важным синтетическим методом получения одинарных связей углерод-углерод и углерод-элемент, как для промышленной, так и для лабораторной химии.

Плохая растворимость газообразного водорода в большинстве общеупотребительных органических растворителей приводит к низкой скорости присоединения водорода к кратной связи в условиях гетерогенной реакции в системе газ-жидкость. В связи с этим обстоятельством, в качестве возможной среды для осуществления гидрирования рассматривается сверхкритический оксид углерода (scCO₂). Этот растворитель отлично смешивается с водородом.

Притягательность сверхкритического диоксида углерода для химической технологии обуславливается также и тем, что он рассматривается как экологически безопасная среда для проведения химической реакции.

В противовес гомогенному катализу, основная сложность которого заключается в отделении катализаторов от продуктов реакции после ее завершения, комбинация сверхкритического углекислого газа и катализатора, закрепленного на твердом носителе, привносит существенные преимущества в осуществление каталитического процесса. Сочетание сверхкритики и наноразмерного катализатора позволяет обходиться без использования органических растворителей, а также отделять от реакционной смеси и регенерировать катализатор.

Сонг-Хо Биеон (Song-Ho) и соавторы из Университета Киюнг Хи (Южная Корея) сообщают об использовании наноразмерных частиц палладия, закрепленных на подложке из мезопористого кремнийсодержащего материала марки SBA-15, для гидрирования бензилового эфира 4-метоксикоричной кислоты в scCO₂.

В качестве источника палладия использовался его гексафторацетилацетонат. Использование обычных восстановительных способов генерации наноразмерных металлических частиц в растворе обычно осложняется ограничениями, связанными с явлением массопереноса. Однако в данном случае слабое поверхностное натяжение диоксида углерода в сверхкритическом состоянии минимизирует сопротивление прохождению малых кластеров палладия через мезопоры и способствует практически равномерному распределению каталитически активных металлических частиц по материалу носителя.

При 45°C и давлении 150 бар для полной завершенности реакции гидрирования требуется всего лишь 10 минут. Аналогичная скорость присоединения водорода наблюдается при использовании таких катализаторов, как Pd/С или Pd/Al₂O₃. Положительной стороной разработки корейских ученых является то, что использование катализаторов Pd/С и Pd/Al₂O₃ приводит к малой селективности процесса, наряду с гидрированием в сравнимых масштабах происходит деэтерификация сложного эфира. Использование каталитической системы Pd/SBA-15 увеличивает селективность реакции на порядок, приводя к образованию лишь следовых количеств карбоновой кислоты.

Источник: Chem. Mater. 2006, 18, 5631