Спирты – незаменимое сырье для химической промышленности. Они служат как растворителями, так и базой для производства необходимых в каждом доме химикатов – от ароматических веществ до медикаментов. Между тем из-за трудности выработки спиртов специалисты часто вынуждены делать выбор в пользу тех из них, которые особенно просты в производстве. Что, в свою очередь, неизбежно сужает спектр их применения.

Такое положение дел обещает изменить новый способ синтезирования спиртов, разработанный химиками Боннского университета совместно с исследователями Университета Колумбия. Группа ученых во главе с Андреасом Ганзойером (Andreas Gansäuer) открыла механизм катализа, позволяющий экономичным способом производить определенные спирты, вырабатывать которые до сих пор считалось затратным во всех смыслах. Кроме экономичности, новая технология еще и практически исключает образование вредных продуктов распада.

Традиционным способом спирты синтезируют из ненасыщенных углеводородов олефинов, которые присоединяют молекулу воды по двойной связи. Молекула воды при этом служит источником гидроксильной группы (OH) – функциональной группы спиртов. Несмотря на простоту и эффективность, недостаток этого метода в том, что OH-группа всегда присоединяется в определенное место молекулы олефина. Соответственно, все время получаются однотипные соединения, – названные именем русского химика Марковникова. В 1869 он описал это фундаментальное правило синтеза.

Команда Ганзойера нашла способ "прикрепить" гидроксильную группу к прежде недоступным для нее местам, а вместе с тем – расширить спектр легко синтезируемых спиртов. В качестве исходного материала химики использовали эфиры под названием эпоксиды. Они вступают в реакцию с кислородом, вследствие чего образуется гидроксильная группа. Однако реакция присоединения в спиртах при этом, как и прежде, происходит по правилу Марковникова.

Чтобы синтезировать спирты с соединением принципиально другого типа – так называемого анти-Марковникова, исследователи транспортировали водород трехступенчатым методом. Этого удалось добиться при помощи пары согласованных друг с другом катализаторов, один из которых содержит титан, а другой – хром. Сначала молекула эпоксида с помощью "титанового" катализатора получила электрон. После этого, при содействии хромсодержащего катализатора, к ней присоединили сначала нейтральный, а затем – положительно заряженный атом водорода. Таким способом ученые получили гидроксил, который можно направлять в недоступную прежде позицию – по типу "анти-Марковникова". Особая сложность задачи заключалась в том, что химикам пришлось синхронизировать скорости всех трех реакций катализа.

Свою новую методику исследователи протестировали на тринадцати различных эпоксидах. В течение трех дней при температуре 75 градусов реакционная масса подвергалась давлению 7 бар при воздействии газообразного водорода. Эффективность при этом обнаружилась впечатляющая: до 95 процентов.
Химики также отмечают, что новый способ синтеза демонстрирует высокую экономичность на атомарном уровне. Необходимо совсем небольшое количество металлических катализаторов, чтобы эпоксидное соединение и водород превратить в спирты.

Арина Попова