Десятиліттями хімічна промисловість шукала спосіб безпосередньо перетворити рясний, але вперто стабільний природний газ у цінні хімічні речовини. Тепер дослідники з Центру досліджень біологічної хімії та молекулярних матеріалів (CiQUS) Університету Сантьяго-де-Компостела досягли прориву: створили каталізатор, який перетворює метан та інші компоненти природного газу на складні молекули, включаючи ключовий інгредієнт для гормональної терапії. Це досягнення, опубліковане в журналі Science Advances, являє собою важливий крок на шляху до більш сталої та циркулярної хімічної економіки.
Приборкання метану
Природний газ, що складається переважно з метану, етану та пропану, є джерелом енергії, але його надзвичайна стабільність обмежує його використання як сировини для хімічного виробництва. Традиційні методи покладаються на енергоємні та забруднюючі процеси. Основна складність полягає в тому, щоб активувати ці вуглеводні без небажаних побічних продуктів.
Новий фотокаталітичний підхід
Команда CiQUS під керівництвом Мартіна Фаньянаса розробила фотокаталітичну систему, яка безпосередньо перетворює метан на біоактивні сполуки. Їм вперше вдалося синтезувати диместрол, нестероїдний естроген, який використовується в гормональній терапії, безпосередньо з метану. Це демонструє потенціал для створення високоцінних молекул із простої та недорогої сировини.
Ключ: спеціально розроблений супрамолекулярний каталізатор
Прорив ґрунтується на реакції, яка називається алілюванням, яка прикріплює хімічне «захоплення» до молекули газу, що дозволяє подальші модифікації. Основною проблемою були небажані хлоровані побічні продукти. Щоб подолати це, команда розробила каталізатор на основі аніону тетрахлорферрату, стабілізованого катіонами колодинію.
«Конструкція каталізатора модулює реакційну здатність радикалів, пригнічуючи небажане хлорування», — пояснює професор Фаньянас. Мережа водневих зв’язків навколо атома заліза підтримує реакційну здатність, створюючи оптимальне середовище для селективного алілювання.
Стійкість в основі
Метод виділяється своєю стабільністю. Він використовує залізо, дешевий і поширений метал, а не дорогоцінні метали, які зазвичай використовуються в каталізі. Реакція відбувається в м’яких умовах, живиться світлодіодним світлом, що зменшує вплив на навколишнє середовище та витрати на енергію.
Крім диместролу: розширення можливостей
У супутньому дослідженні, опублікованому в Cell Reports Physical Science, та ж команда продемонструвала метод прямого з’єднання природного газу з хлорангидридами, що призводить до отримання промислово відповідних кетонів за одну стадію. Обидва дослідження позиціонують CiQUS як лідера в галузі стійких хімічних рішень.
Наслідки для майбутнього
Здатність перетворювати природний газ на універсальні хімічні проміжні продукти відкриває нові можливості для промисловості. Ця технологія може поступово замінити нафтохімічні джерела стійкими альтернативами. Це передове дослідження стало можливим завдяки чудовому середовищу в CiQUS, визнаному акредитацією CIGUS від уряду Галичини.
Цей прорив є важливим кроком до циркулярної хімічної економіки, де надлишок сировини використовується в екологічно чистий спосіб. Перетворюючи природний газ безпосередньо на цінні сполуки, команда CiQUS проклала шлях до чистішого та ресурсоефективнішого майбутнього для хімічної промисловості.
