Ученые разработали новый способ получения α-кумилового спирта — ключевого компонента для производства полимеров, косметики и моющих средств. Это соединение также используется как промежуточный продукт при создании добавок, повышающих прочность и термостойкость пластиков. Новый метод позволяет синтезировать высокочистый продукт при комнатной температуре и атмосферном давлении, без применения сложного и дорогостоящего оборудования. О том, как разработка поможет отечественной химической промышленности, — в материале «Известий».
Где используют промышленный спирт
Ученые из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН совместно с коллегами из Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН впервые использовали для получения особого вещества — альфа-кумилового спирта — доступный катализатор на основе платины с ультранизким содержанием частиц драгоценного металла (всего 0,25%). Как пояснили ученые, этот спирт применяется в качестве ароматической отдушки в косметике и бытовой химии, а также используется при производстве пластмасс и полимеров. Чтобы его получить, используют сложную технологию, которая требует строгого поддержания температур и не всегда безопасна для людей. Кроме того, в процессе производства образуется значительный объем сточных вод, что создает дополнительную нагрузку на окружающую среду.
Более безопасный способ получения α-кумилового спирта предполагает использование катализаторов на основе благородных металлов, однако на практике такие технологии почти не применяются. Причина — необходимость работы при высоких давлениях, в 10–15 раз превышающих атмосферное, и повышенных температурах (+60... +70 градусов), что снижает эффективность процесса и приводит к образованию побочных продуктов. Дополнительным ограничением остается высокая стоимость благородных металлов, существенно удорожающая производство.
Новый катализатор работает в пять раз быстрее лучшего коммерческого аналога на основе палладия — ранее такой активности для данной реакции достичь не удавалось. При этом полученный катализатор работает в обычных условиях — при атмосферном давлении и комнатной температуре. Ученые также доказали, что катализатор можно использовать несколько раз, благодаря чему синтез α-кумилового спирта с его помощью будет легко масштабировать.
— Мы впервые показали, что ценный для промышленности процесс получения α-кумилового спирта может протекать при комнатной температуре и атмосферном давлении. И для этого не нужны какие-то «хитрые» системы — можно использовать доступный катализатор, содержащий ультранизкое количество платины, и обычный промышленный силикагель. В дальнейшем мы планируем разработать доступные, конкурентноспособные и высокоэффективные катализаторы для получения других промышленно важных веществ, — рассказала кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН Елена Редина.
Плюсы новой технологии
Таким образом, предложенный подход поможет разработать безопасные и энергоэффективные промышленные процессы не только для производства α-кумилового спирта, но и для синтеза других ценных соединений с использованием доступных катализаторов, рассказали ученые.
Что касается продукции, то α-кумиловый спирт, или 2-фенил-2-пропанол, играет важную роль в косметической промышленности, а также служит ценным промежуточным соединением для фармацевтической промышленности и сельского хозяйства, рассказал «Известиям» доцент научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО Антон Муравьев.
— Одно из наиболее значимых применений альфа-кумилового спирта в органическом синтезе — получение на его основе дикумилпероксида. Это модификатор механических свойств и температурной устойчивости полимерных материалов. Предложенная авторами исследования технология получения ценна для промышленного синтеза ввиду малого расхода платины наряду с высоким числом оборотов катализатора и мягких условий гидрирования (комнатной температуры, протекания реакции в спирте), — сказал ученый.
Кумиловый спирт — вещество широкого спектра применения. Его действительно используют и в косметической промышленности, но гораздо больше он востребован в органическом синтезе как добавка в полимеры, уточнил младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Владислав Ионин.
— С его помощью, к примеру, получают термопласты — материалы, которые при нагреве могут многократно становиться вязкими, гибкими или жидкими, а потом возвращаться в исходное состояние. Также добавка кумилового спирта повышает прочность готовых изделий и их устойчивость к высоким температурам. Кроме того, это вещество, входит в состав бытовой химии, например, моющих средств. В косметике кумиловый спирт добавляют в небольших дозах — около 0,5%, — так как он обладает своеобразным резковатым запахом. Основной объем его потребления приходится на производство пластиков, где концентрация добавки может достигать 5–10% и более, — добавил он.
То, что предложенная коллегами реакция может протекать при комнатной температуре и атмосферном давлении, очень важно для производства, потому что даже небольшие повышения температуры и давления делают технологию гораздо более дорогой. По его словам, любой процесс, который можно провести при обычных параметрах, — это большое технологическое достижение.
Главное достоинство нового метода синтеза α-кумилового спирта — использование мягких условий (реакция протекает при комнатной температуре и атмосферном давлении). Благодаря этому нет необходимости применять сложное оборудование, что значительно снижает затраты и делает производство более экономичным и безопасным, добавил младший научный сотрудник лаборатории ароматических азотсодержащих соединений ИОХ имени Зелинского Алексей Федоренко.То, что коллегам удалось адаптировать использование мягких условий (реакция протекает при комнатной температуре и атмосферном давлении) к синтезу кумилового спирта — это, безусловно, прорыв и инновация. Однако от лабораторного синтеза до масштабирования метода в промышленных условиях — большой путь, который еще только предстоит пройти, отметила научный сотрудник лаборатории строения конденсированных систем Химического факультета МГУ им М.В.Ломоносова Мария Ломакина.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Industrial & Engineering Chemistry Research.