Химики из США разработали новый способ получения ароматических соединений из алканов нормального строения с помощью реакции, катализируемой комплексом иридия.
Реакция протекает при гораздо более низких температурах, чем обычные реакции ароматизации линейных углеводородных цепей, а также позволяет лучше контролировать строение целевых продуктов, ряд из которых сложно или даже невозможно получить с помощью обычных лабораторных и промышленных способов.
Ароматические соединения являются ключевыми строительными блоками для многих отраслей химической промышленности, например, получения лекарственных препаратов или полимерных материалов. В настоящее время большая часть ароматических соединений получается с помощью каталитического риформинга нефтепродуктов, который проводится при температуре около 500°C. Продуктом риформинга является сложная смесь ароматических углеводородов, которая требует дальнейшего разделения.
Исследовательские группы Алана Голдмана (Alan Goldman) и Мориса Брукхарта (Maurice Brookhart) продемонстрировали возможность получения ароматических углеводородов из н-алканов при температурах на сотни градусов ниже, чем требуется для других методов.
Ключевым для нового метода является так называемый иридиевый комплекс с пинцерным лигандом, этот комплекс выступает в роли гомогенного металокомплексного катализатора. В новом комплексе реализуется тридентатная координация иридиевого металлоцентра с фосфиновым лигандом. Брукхарт поясняет, что такой тип координации увеличивает стабильность комплекса, который без разложения может выдержать нагревание до 200°C, при которых и протекает процесс ароматизации.
Исследователи предлагают следующий механизм каталитической реакции: иридиевый комплекс внедряется по связи С-Н алкана, после чего способствует отрыву атомов водорода от насыщенного углеводорода и его переносу на акцептор водорода, например, трет-бутилэтилен. Эта элементарная стадия каталитического цикла приводит к генерации двойной связи между атомами углерода линейной цепи. При двукратном повторении такой стадии каталитического цикла образуется триен, который затем подвергается циклизации-дегидрированию с образованием ароматической молекулы.
Строение ароматического соединения зависит от числа атомов углерода в исходном алкане. Как поясняет Голдман, многие из доступных для нового способа аренов сложно или невозможно синтезировать обычными способами. Например, если в катализируемой иридиевым комплексом ароматизации участвует н-декан, продуктом реакции будет н-бутилбензол, который практически нельзя получить по стандартному методу синтеза алкилароматики – взаимодействию аренов с линейными олефинами. Попытка же ароматизации н-декана с помощью обычной для риформинга процедуры гетерогенного катализа приводит к дефрагментации алкана, новый же способ получения ароматики позволяет синтезировать ароматические соединения с тем же числом атомов углерода, что и в исходном н-алкане, исключая разрыв С-С связей.
Энтони Хэйнс (Anthony Haynes), эксперт по гомогенному металлокомплексному катализу из Университета Шеффилда высоко оценивает результаты работы своих коллег. Он отмечает, что трансформация простых алканов в ценные для практического использования ароматические соединения наглядно показывают возможности активности и селективности металлоорганического катализатора. Хэйнс добавляет, что для повышения практичности предложенного метода было бы перспективно разработать способ закрепления иридиевого комплекса на твердой подложке-носителе.
