Физико-химические исследования полимерстабилизированных платиновых катализаторов для энантиоселективного гидрирования кетонов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

БЫКОВ АЛЕКСЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИМЕРСТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ПЛАТИНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОГО ГИДРИРОВАНИЯ

КЕТОНОВ

Специальность 02.00.04 - Физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

003068679

На правах рукописи

БЫКОВ АЛЕКСЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИМЕРСТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ПЛАТИНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОГО ГИДРИРОВАНИЯ

КЕТОНОВ

Специальность 02.00.04 - Физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Работа выполнена на кафедре биотехнологии и химии Тверского государственного технического университета

Научный руководитель.

доктор химических наук, профессор Сульман Эсфирь Михайловна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Смоляков Владимир Михайлович доктор химических наук, профессор Улитин Михаил Валерьевич

Ведущая организация:

Ярославский государственный технический университет

Защита состоится 2 апреля 2007 г. в ¿%?мин на заседании диссертационного совета К 212.063.01 Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу. 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7, ауд Г - 205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета.

Автореферат разослан ",2,2" февраля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы и общая характеристика работы

Проблема разработки физико-химических основ химико-технологических процессов на современном этапе тесно связана с активным развитием нанохимии. Получение стабильных наночастиц, в том числе, наночастиц металлов и их специфические физико-химические и технические характеристики открыли перед исследователями новые возможности по формированию активных центров на поверхностях, использованию межчастичных взаимодействий и как следствие пониманию механизмов сложных химических процессов

Уникальные свойства наночастиц металлов объясняются влиянием таких параметров, как размер частиц металла, организация их кристаллической решетки и структура поверхности, а также химической природой окружающей среды. Также характерной особенностью является значительное увеличение площади поверхности при переходе от объемных металлических частиц к частицам с малыми размерами Это стимулирует изучение физико-химических и каталитических свойств наночастиц Традиционно каталитически активные структуры формируются на поверхности неорганической подложки, которая не позволяет точно контролировать размер наночастиц, их морфологию и не предоставляет возможности эффективного предотвращения агрегации получаемых частиц В связи с чем актуальной является проблема получения каталитических систем, обеспечивающих контроль размера металлических частиц, изучение физико-химических свойств таких систем и установление особенностей механизмов протекания процессов тонкого органического синтеза на полученных системах Использование наноразмерных частиц, в качестве катализаторов, позволяет существенно менять направление и скорость химических превращений, что требует подробного рассмотрения с точки зрения физико-химического подхода, как основы совершенствования процессов химической технологии.

Среди каталитических процессов важнейшим и интереснейшим в практическом и теоретическом отношении является каталитическое восстановление с получением энантиомерно обогащенных продуктов, в частности, парциальное каталитическое гидрирование прохиральных кетонов В настоящее время этот процесс используется в производстве душистых и биологически активных добавок, а также в синтезе лекарственных препаратов и витаминов. Многие из применяемых каталитических систем позволяют получать только рацематы или смеси с малой обогащенностью целевьм энантиомером, что зачастую ухудшает качество целевого продукта. К тому же оптически активные эфиры гидроксикарбоновых кислот привлекают внимание как перспективные хиральные мономеры для получения биоразлатаемых полимеров, характеристики которых, такие как кристалличность, температура плавления, растворимость, существенно превосходят аналогичные характеристики соответствующих полимеров, полученных на основе рацемата, что, в свою очередь, повышает спрос на оптически активные эфиры гидроксикислот Таким образом, синтез отдельных энантиомеров - актуальная задача современной промышленной химии.

Вышеперечисленные обстоятельства определяют актуальность исследований, направленных на изучение физико-химических свойств наноразмерных металлосодержащих систем как элементов процессов тонкого органического синтеза

Цель работы. Работа направлена на изучение физико-химических основ процессов энантиоселективного гидрирования С=0 группы сложных эфиров а-кетокислот с участием высокоэффективных наноструктурированных гетерогенных каталитических систем (главный влияющий фактор) на основе наночастиц платины, иммобилизованных в полимерную матрицу, а также на физико-химическое исследование получаемых наноструктур

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: синтезирован новый тип катализаторов на основе наноструктурированной матрицы - сверхсшитого полистирола (СПС), проведены физико-химические исследования катализаторов и субстратов (определение удельной площади поверхности катализаторов методом низкотемпературной адсорбции азота, рентгенфлуорисцентиый анализ (РФА), рентгенофотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ), инфракрасная

Фурье спектроскопия, инфракрасная спектроскопия адсорбции СО); установлены оптимальные условия протекания процесса энантиоселективного гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты (этилпируват, ЭП) с использованием синтезированных платиносодержащих полимерных систем, определены кинетические закономерности данного каталитического процесса при варьировании следующих параметров: природы растворителя, температуры, давления, соотношения субстрат/катализатор и модификатор/катализатор; исследована стабильность катализаторов в повторных циклах; на основе полученных экспериментальных данных предложены математические модели реакции и выдвинута гипотеза о механизме энантиоселективного гидрирования на синтезировнных нанокатализаторах.

Представленное систематическое физико-химическое исследование может служить основой для усовершенствования технологий получения оптически активных соединений с целью синтеза лекарственных препаратов нового поколения, душистых веществ и косметических средств

Работа проводилась при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы», а также по программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Направленный синтез веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе».

Научная новизна и практическая значимость Разработан подход к приготовлению наноструктурированных платиносодержащих систем на основе сверхсшитых полимерных сеток, позволяющий контролировать размеры получаемых наночастиц активной фазы, которые способны обеспечивать высокую скорость и энантиоселективность процесса энантиоселективного гидрирования этилпирувата Впервые изучено энангиоселективное гидрирование ОО группы прохиральных кетонов с применением платиновых нанокатализаторов на основе сверхсшитого полистирола. Показана возможность предварительной модификации катализатора, позволяющая включи гь модификатор в состав катализатора и удалить его из реакционною раствора, что решает проблему загрязнения целевого продукта модификатором.

Выявлены общие закономерности энантиоселективного гидрирования сложных эфиров а-кетокислот. Изучены направление и скорость химческих превращений в присутствии платиносодержащих катализаторов на основе полимерных сеток.

Исследована реакция энантиоселективного гидрирования ЭП до оптических изомеров этилового эфира молочной кислоты (этиллактат, ЭЛ) В ходе работы проведен ряд физико-химических исследований синтезированных катализаторов и субстратов, изучена кинетика энантиоселективного гидрирования ЭП, установлены кинетические закономерности процесса при варьировании температуры, давления, соотношения субстрат/катализатор и модификатор/катализатор, сконструированы математические модели реакций и выдвинута гипотеза о механизме процесса

Для синтезированных катализаторов на основе наноструктурированных полимерных матриц подобраны оптимальные условия гидрирования с достижением высокой энантиоселективности процесса (ее 75.0%), что позволило предложить новые обоснованные подходы к совершенствованию существующих технологических процессов.

Апробация работы Основные положения диссертации докладывались на 4й Европейском конгрессе по химической инженерии, Гранада, Испания, 2003; Международной конференции молодых ученых «Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок, экологически безопасные технологии», Тверь, 2003; X Международной научно-технической конференция "Наукоемкие химические техноло1ии-2004", Волгоград, 2004; 130м Международном конгрессе по катализу, Париж, Франция, 2004; Международной конференции молодых ученых «Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок Экологически безопасные технологии», Тверь, 2004, XII Областной научно-технической конференции молодых ученых

"Физика, химия и новые технологии", Тверь, 2005; VII Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение», Пенза, 2005, Т" Международном симпозиуме по катализу в применении к тонкому органическому синтезу, Бинген/Майнц, Германия, 2005; Малом полимерном конгрессе РАН, Москва, 2005; 170м Международном конгрессе химической и промышленной инженерии "CHISA 2006", Прага, Чешская республика, 2006; 12™ ISTC/KOREA семинаре. Промышленное применение российских новых тонких химических технологий, Ульсан, Корея, 2006

Публикации. По результатам опубликовано 16 печатных работ, в том числе, 3 в ведущих рецензируемых научных журналах

Сгруктуоа и объем диссертации Работа состоит из введения, трех частей, выводов и списка литературы Текст изложен на 165 страницах, включает 68 рисунков, 20 таблиц Список использованных источников содержит 165 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены цель, научная новизна и практическая значимость проведенных исследований

В первой части "Литературный обзор" обобщены имеющиеся в литературе данные по асимметрическому катализу природными и синтетическими металлосодержащими катализаторами. Рассмотрены физико-химические подходы к формированию гомогенных и гетерогенных каталитических систем для асимметрического катализа, а также лиганды и модификаторы, используемые в этих процессах, влияние хиральных поверхностей на энантиоселективность процесса. Приведен обзор по энантиоселективному гидрированию ЭП на платиносодержащих катализаторах, модифицированных хинными алкалоидами Проанализированы роль и природа модификатора в асимметрическом гидрировании ЭП

Во второй части "Методы и методики экспериментов и анализов" приведены методики синтеза гетерогенных платиносодержащих полимерных катализаторов путем пропитки сверхсшитого полистирола раствором гексахлорплатиновой кислоты с последующим восстановлением платины тетрагидридоборатом(Ш) натрия или гидразином

Описаны установка для гидрирования при повышенном давлении водорода, методики экспериментов под давлением и хроматографического анализа катализата Кинетика реакций энантиоселективного гидрирования ЭП была изучена в условиях, исключающих влияние диффузионных факторов. Описаны физико-химические методы исследования катализаторов и катализатов (РФА, РФЭС, ТЭМ, низкотемпературная адсорбция азота, ИК Фурье спектроскопия, ИК спектроскопия адсорбции СО, газовая хроматография).

В третьей части "Результаты и их обсуждение" проанализированы результаты физико-химических исследований, энантиоселективности и кинетических закономерностей протекания реакции энантиоселективного гидрирования ЭП, исследована стабильность катализаторов в повторных циклах и возможность предварительной модификации катализатора, обсуждены результаты математической обработки кинетических данных с использованием комплекса программ для расчета основных параметров избирательной гидрогенизации, а также предложен механизм процесса энантиоселективного гидрирования на платиносодержащих полимерных катализаторах

В ходе исследования была синтезирована серия катализаторов на основе СГ1С. 1) Pt/СПС - приготовлен пропиткой СПС по влагоемкости гексахлорплатиновой кислотой и отмыт водой после сушки, 2) Pt/СПС 1 - Pt/СПС, восстановленный гидразином, 3) Pt/CnC2 - Pt/СПС, восстановленный тетрагидридоборатом (III) натрия; 4) Pt/СПСЗ - Pt/CnC2, дополнительно промытый смесью растворителей ТГФ.метанойгвода в соотношении 4 1.1, 5) Pt(CD)/CnC -Pt/СПСЗ пропитанный по влагоемкости раствором модификатора.

Физико-химические исследование каталитических систем В качестве носителя наночастиц платины был использован сверхсшитый полистирол (рис. 1), который обладает высокой удельной поверхностью, около 1500 м2/г, узким распределением пор по размерам, и способностью набухать в любых растворителях, в том числе в осадителях для исходного полимера В ходе определения удельной поверхности катализаторов методом

низкотемпературной адсорбции азота были получены кривые адсорбции и распределение удельной площади и объема пор в зависимости от их диаметра Результаты исследования удельной площади поверхности синтезированных катализа!оров представлены в табл 1.

Как видно из табл. 1 СПС обладает развитой удельной поверхностью При пропитке катализатора платиновой кислотой она заполняет поры СПС, что приводит к значительному уменьшению удельной поверхности системы (табл. 1 образец Р^СПС) После ее восстановления наблюдается закономерное увеличение удельной поверхности (табл. 1 образец Р^СПС1 и Р1/СПС2), что свидетельствует о формировании наночастиц платаны Уменьшение удельной поверхности катализатора Рь'СПСЗ по сравнению с Р1/СПС2 объясняется, вероятно, сорбцией компонентов комплексного растворителя, которым дополнительно обрабатывался Р1/СПСЗ Уменьшение удельной поверхности для Р^СБУСПСЗ обусловлено сорбцией

цинхонидина.

Таблица 1 - Значения удельной площади поверхности образцов

Образец Площадь поверхности

Модель БЭТ 1-график

$ВЕТ, м2/г квЕТ Эь м2/г к{

СПС 1484 90 0 99949 731 253 " 792 090г) 1523.325 ^ 0 98657

Рг/СПС 101.37 0.99945 52.134 " 53 235 ^ 105.369 0 99521

Рь'СПОЛ 119.52 0.99984 53 972 " 66 6342> 120 606 0 99458

Р1/СПС2 506.08 0 99984 170.738 " 339.770 " 510.508 ^ 0 99494

Р|/СПСЗ 340.05 0.9999 182 987 " 156.499 339 486^ 0 99455

Р1(СО)/СПСЗ 311.15 0.99959 120 161'1 189 583-4 309 744я 0 98366

" - удельная площадь поверхность по расчету модели М-рафик; 21 - удельная площадь поверхности микропор,

- общая удельная площадь поверхности,

Звет - удельная площадь поверхности (модель БЭТ), квет - корреляционный коэффициент (модель БЭТ),

- удельная площадь поверхности (Ьграфик), к( - корреляционный коэффициент (1-график).

Результаты расчета относительного распределения удельной площади поверхности нор от их диаметра показывают, что катализаторы содержат микро- и мезопоры примерно в одинаковых количествах. На долю макропор приходится всего около 2% Поскольку соотношение микро-, мезо- и макропор для всех исследованных каталитических систем остается практически постоянным, очевидно, что платина распределяется равномерно

Для определения содержания платины и установления ее потерь по сравнению с теоретическим значением, в результате приготовления катализаторов, был проведен рентгенфлуоресцентный анализ, результаты которого представлены в табл. 2.

Из полученных результатов следует, что поглощение платиновой кислоты полимерной матрицей происходит в полном объеме и при обработке Р1/СПС в процессе приготовления восстановленньтх каталитических систем потерь активной фазы практически не происходит

Рис 1 - Схематическое изображение внутренней структуры СПС. (Окружностью обозначена отдельная пора снерхсшитой сетки)

Таблица 2 - Результаты РФА

Образец Содержание платины, %

Р1/СПС 5 81

Р1/СПС1 5.74

Р1/СПС2 5 75

Р1/СПСЗ 5.53

Для установления качественного состава поверхности гранул катализаторов и определения степени окисления платины на их поверхности было проведено рентгенофотоэлектронное спектроскопическое исследование образцов катализаторов

В ходе РФЭС исследования были получены спектры образцов и произведено математическое моделирование подуровня платины. Результаты моделирования представлены на рис 2. Энергии связи атомов платины и хлора, составляющих поверхности катализаторов, приведены в табл. 3.

Невосстановленный катализатор содержит на своей поверхности значительное количество хлора При восстановлении количество хлора на поверхности резко уменьшается и для катализатора Р1/СПСЗ наблюдается только содержание следов хлора, связанного с полимерной сеткой Ни один из восстановленных катализаторов на своей поверхности не содержит следов восстановителей или продуктов их распада

По результатам моделирования Ai подуровня платины было установлено, что платина на поверхности образца катализатора Р1/СПС, не подвергавшегося дополнительной обработке восстановителями, содержится преимущественно в виде Р1(0), кроме того образец содержит на поверхности гранулы Р1(11) в соотношении Р1(0)/Р1(П) = 8.2. На основании данных литературы сделано предположение, что в процессе синтеза катализаторов происходит восстановление Р^ГУ) платиновой кислоты до Рг(П) и Р1(П) до Р^О) за счет окисления углерода, содержащегося в полимерной цепи и в бензольных кольцах (в присутствии воды)

—С—Н + Н20 + Н2РК1У)С16----С—ОН + 2НС1 + 2Н+ + Р^ЦСЦ2-

Аналогичный механизм такого восстановления платины и окисления углерода подробно рассмотрен в литературе: в случае формирования платиносодержащего СГЮ из ТГФ возможно восстановление платины за счет окисления тетрагидрофурана, которое катапизируется соединениями Р1(ГУ) и Р1(П). Реакция протекает с образованием нескольких продуктов тетрагидрофуран-2-он, тетрагидрофуран-2-ол, 4-оксибутираль.

Все исследованные катализаторы не содержат на своей поверхности РЩУ), однако при обработке катализатора Р1/СПС комплексным растворителем наблюдается выход из объема гранул гексахлорплатиновой кислоты, а при обработке тем же растворителем катализатора Р1/СПС1 наблюдается выход следовых количеств платиновой кислоты Учитывая, что удельная поверхность Рс/СПС наименьшая из исследованных систем, можно утверждать, что поры катализатора РЮГС заполнены гексахлорплатиновой кислотой, которая подвергается восстановлению в катализаторах Р1/СПС1 и Р1/СПС2, о чем свидетельствует увеличение удельной поверхности восстановленных катализаторов по сравнению с Р^СПС при неизменном содержании платины. Для катализатора Р1/СПС2, восстановленного тетрагидридоборатом(Ш) натрия, экстракции гексахлорплатиновой кислоты не наблюдается, что говорит о полном восстановлении прекурсора в объеме гранул. Платина в Р^СПСЗ находится только в виде Рг(0) - металлических наночастиц, закрепленных в порах полимерной матрицы.

Для установления размеров частиц платины, образующихся в сверхсшитом полистироле, было проведено ТЭМ исследование образцов катализаторов Р1/СПС, не подвергавшегося восстановлению, и восстановленному Р1/СПСЗ

По результатам ТЭМ исследования были проанализированы фотографии ультратонких срезов катализаторов и рассчитаны распределения частиц по размерам (рис 3) Как видно из рис 3 Р1/СПС содержит незначительное число наночастиц платины по сравнению с Р^СПСЗ (рис. 3 а, б) Средний диаметр частиц для обоих катализаторов составил 2 0 нм (рис. 3 в, г)

Таблица 3 -Результаты РФЭС

Образец Энергия связи, эВ

Р14{,в 4 Р1(0)/Р1(И) С12р

12) II3'

Р1/СПС 71.3 73.8 8.2 201.2

Р1/СНС1 71 3 - - 200.6

РЬ'СПС2 71.3 - - 200.6

Ри'СПСЗ 71.3 - - 200 0

Рис. 2 - Моде, ыюе разложение полу ровня Р; 4 Г для а) Рт/С1!С о | РгСПС I в) Р1/СПС2 г) Р1/СПО (серая линия - исходный спектр: черная линия- Интегральная ог нбзюшал: серая пунктирная пиния 1441*, тонкие серые линии са тел литые шнин)

Рис 3 - ТЭМ фотографий катали:;а^оров а) Р1/СПС б) Р{/СГ1СЗ и гистограммы распределения частиц по размерам в) РУСПС г! Р* СПС?

В процессе восстановления катализатора одновременно с увеличением числа частиц платины наблюдается снижение доли частиц с диаметром около 1 и 2 нм, а также увеличение доли частиц со средними диаметрами 1.5 и больше двух нанометров, что говорит о некотором укрупнении частиц в процессе восстановления катализатора Однако, следует отметить узкое распределение частиц по диаметрам с максимумом около 2 нм как для невосстановленного, так и для восстановленного катализаторов

В ходе исследований катализаторов методом ИК спектроскопии адсорбции СО было установлено, что для всех восстановленных образцов, а также для катализатора с предварительно нанесенным цинхонидином (CD), наблюдается только терминальная ориентация молекул СО (2067-2070 см"1), что говорит о формировании небольших плагиновых кластеров Адсорбцию СО на невосстановленном катализаторе обнаружить не удалось, что говорит о незначительном количестве сформированных частиц платины Полученные данные хорошо согласуются с результатами ТЭМ, согласно которой, невосстановленный катализатор содержит незначительное количество восстановленных частиц.

Наличие только одного пика терминальной адсорбции СО в области 2040 - 2070 см"1 для каждого катализатора и совпадение положения этих пиков для не модифицированного и модифицированного катализаторов позволяет предположить наличие только одного типа органнометаллических центров для связывания субстрата

По данным ИК-спектроскопии субстрата установлено, что полоса валентных колебаний 1735 см"', характерная для сложноэфирной группы ЭП имеет сложный характер Полоса валентных колебаний С=0 группы, обычно пасположенная около 1675-1715 см"1, смещена в сторону полосы сложноэфирной группы. Такое смещение может быть вызвано сопряжением электронов кетогруппы со сложноэфирной группой Положение полосы валентных колебаний С=0 кетогруппы чистого субстрата составляет: vs 1730 см"1, vas 1756 см"1 После адсорбции субстрата на катализаторе наблюдается незначительное смещение полосы поглощения валентных колебаний С-0 кегона сорбированного на катализаторе- vs 1734 см"', Vas 1761 см"1

Положение полос валентных колебаний С О ЭП для каталитической системы Pt/СПСЗ, модифицированной цинхонидином составляет vs 1734 см , Vas 1762 см По структуре и соотношению интенсивностей полосы соответствуют vs и С-О этилпирувата,

сорбированного на катализаторе. В то время как для каталитической системы, не модифицированной цинхонидином, в области 1700-1780 см"' наблюдается один более широкий пик при 1735 см"1, напоминающий по структуре пик сложноэфирной группы этиллактата, что позволяет предположить, чго в результате сорбции субстрата на поверхности платины, вероятно, происходит гидрирование С=0 связи микроколичествами водорода, растворенного и сорбированного на платине

При рассмотрении ИК-спектров катализаторов, обработанных субстратами, в области 3400-3700 см"1 было установлено, что катализатор, обработанный эгиллактатом, содержит в этой области два пика ОН-групп 3546 и 3617 см"1, которые могуг быть приписаны димерной и мономерной формам продукта соответственно, в то время как модифицированный катализатор, подвергнутый гой же обработке, содержит только пик мономерной формы 3617 см"1

На основании полученных данных можно предположить, что при распаде комплекса продукт-катализатор-модификатор, последний препятствует ассоциации молекул продукта в димер на поверхности платины, исключая, таким образом, ингибирование процесса продуктом, что может быть подтверждено увеличением скорости реакции гидрирования этилпирувата при введении в раствор модификатора.

Кинетическое исследование каталитических систем Каталитические свойства систем на основе сверхсшитого полистирола исследовались в реакции энаптиоселективного гидрирования ЭП (рис 4)

Энантиоселективность процесса оценивалась по энаитиомерному избытку (ее%), рассчитываемому как

100%' О)

m+is)

где [R] - концентрация R - этиллактата, [S] - концентрация S - этиллактата

он

он

OEt pt/cnc

.OEt

OEt

Цикхонидин

О 0 0

этилпируваг (К)-эгиллиактат (8)-этиллактат

(основной)

Рис. 4 - Схема гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты

Для выяснения закономерностей протекания процесса энантиоселективного гидрирования на наночастицах платины, иммобилизованных в сверхсшитый полистирол, была изучена кинетика реакции.

Для устранения влияния диффузии была изучена зависимость скорости гидрирования ЭП от частоты перемешиваия реакционной массы, которая изменялась от 100 до 700 об/мин Было установлено, что скорость реакции не зависит от частоты перемешивания если она превышает 400 об/мин. Все дальнейшие исследования проводились в кинетической области при частоте перемешивания 600 об/мин. Оптимальные условия процесса гидрирования ЭП (максимальная энантиоселективность и активность) определены при варьировании следующих параметров процесса- природа растворителя, концентрация модификатора (цинхонидин, СП), соотношение количеств субстрата и катализатора, давление водорода и температура реакции Исследовалось влияние типа восстановителя и способа модификации катализатора на энантиоселективность и активность процесса

При изучении влияния природы растворителя на энантиоселективность процесса установлено, что наибольшее значение ее% при 100% конверсии этилпирувата для всех катализаторов наблюдалось в толуоле (е = 2.38) Исследование растворителей с большей диэлектрической константой приводило к уменьшению энантиоселективности процесса, что может быть связано как с изменением соотношения открытого и закрытого конформеров цинхонидина. которое зависит от диэлектрической константы растворителя, так и с эффектами сольватации переходного состояния, поэтому все дальнейшие эксперимены проводились в толуоле

В ходе исследования влияния типа восстановителя на энантиоселективность гидрирования было показано, что энантиоселективность катализатора Р1/СПС2 выше чем у Р1/СПС1, что может быть объяснено более эффективным

восстановлением гексахлоршш иновой

кислоты.

Исследование влияния концентрации модификатора на энантиоселективность и активноегь каталитических систем проводилось в следующих условиях-растворитель - толуол, интенсивность перемешивания - 600 об/мин, концен грации субстрата 0.0860 моль/л и катализатора 0 0015 моль(Р1)/л, концентрация модификатора 0 -давление водорода 1 5 МПа Установлено, что

íicnci Pt'cncj

Pt/СПСЗ

0 000 0 002 0 004 О 006 О осе О 010 0 012 0014 0016 0 018

Концентрация модификатора, моль/л

Рис. 5 - Влияние концентрации модификатора на энантиоселективность гидрирования ЭП

0 085 моль/л, температура 298К, энантиоселективность процесса быстро возрастает с увеличением концентрации модификатора от 0 до 0 001 моль/л для Pt/СПСЗ и до 0 003 моль/л для Pt/CnCl и Pt/CnC2, а затем перестает зависеть и остается постоянной (рис. 5). Аналогичная зависимость от концентрации CD наблюдалась для активности процесса, которая оценивалась по приведенной скорости процесса при 20% конверсии субстрата (табл 4) Как следует из рис 6 конверсия субстрата от времени не зависит от концентрации модификатора, после насыщения им поверхности платины (рис 6,

Ccd. моль/л Wnpllí?o%. M0Tb(cy6j/(M0.1L(Pt)c)

0 1 10"J 0.067

0 5 10"J 0 101

1.0 103 0 192

2.010° 0.192

4.8 10"3 0 192

8.510° 0 192

Таблица 4 - Зависимость приведенной C(CD)>0 001 моль/л). В дальнейших исследованиях скорости процесса от концентрации были использованы концентрации CD 0 006 моль/л

для Pt/CnCl и Pt/CIIC2, 0 002 моль/л для Pt/СПСЗ

Кинетические эксперименты по изучению влияния нагрузки на катализатор проводились в толуоле при оптимальной концентрации модификатора и давлении водорода 1 5 МПа Концентрации субстрата и катализаторов варьировались в следующих пределах Со 4 3 10"' -4.3 10"1 моль/л, и Ск 6.41-10"4 - 6.41 10"3 моль (Pt)/n

В качестве критерия, позволяющего оценить зависимость конверсии субстрата от времени при различных концентрациях модификатора (Qd)> субстрата (Со) и катализатора (Ск), использовались их отношения <37 = Со/Ск (моль/моль) и - Ccd/Q (моль/моль).

Установлено, что энантиомерный избыток остается постоянным до 672 4

моль(суб)/моль(Р1) для катализаторов Pt/CFICl и Pt/CIIC2 и qi 1000 моль(суб)/моль(РЦ для Pt/СПСЗ, после чего наблюдается быстрое снижение ее%, что может быть связано с конкурентной адсорбцией субстрата, продукта и модификатора на поверхности платины и вытеснением части модификатора с поверхности при высоких концентрациях субстрата.

Зависимости конверсии субстрата от времени реакции при различных концентрациях ЭП и катализатора для катализатора Pt/СПСЗ представлены на рис 7 Хорошо видно, что увеличение соотношения С0/Ск приводит к замедлению процесса гидрирования, что характерно для большинства каталитических процессов На основании экспериментальных данных рассчитано время полупревращения субстрата (tos) и установлена линейная зависимость 1пт<и от ln q¡ и от ln с/7 для всех каталитических систем.

Ч>5~ <?", (2)

где п - формальный параметр, который определяется графически как тангенс угла наклона зависимости ln ios от ln q Для qi п=1, для q2 n=0 для всех исследованных каталитических

Рис 6 - Зависимость конверсии ЭП от времени при различных концентрациях модификатора для Р^СПСЗ

Рис 7 - Зависимость конверсии ЭП о г времени реакции при различных концентрациях а) субстрата (Ск=1 510" моль/л) и б) катализатора (С0=5 7 10" моль/л) для Р^СПСЗ

В процессе изучения зависимости энантиоселективности и активности процесса гидрирования от парциального давления водорода установлено, что для катализаторов Pt/CFICl и Pt/CnC2 энантиомерный избыток плавно растет с увеличением давления водорода до 0 9 МПа (рис 8) При дальнейшем увеличении давления ее% для этих катализаторов снижается. Для катализатора Pt/СПСЗ ее% снижается при больших давлениях, а в диапазоне давлений 0 5-2.0 МПа его можно считать практически постоянным

На основании экспериментальных данных по зависимости 50% конверсии субстрата от парциального давления водорода было рассчитано время полупревращения субстрата (т0 5) и установлена линейная зависимость от ln Р для исследованных катализаторов.

10 5~ Р", (3)

где п - формальный параметр, который определяется графически как тангенс угла наклона зависимости ln Р от 1п ц 5 По данным результатов исследования п=1 для всех катализаторов

Исследование зависимости

энантиоселективности и активности процесса гидрирования от температуры показало, что энантиомерный избыток процесса слабо зависит от температуры реакционной массы, возрастая до оптимального значения (328 К, 318 К, 298 К соответственно для Pt/CnCl, Pt/CnC2 и Pt/СПСЗ), и снижаясь при более высоких температурах, а увеличение температуры реакции приводит к увеличению скорости процесса

По экспериментальным данным рассчитаны параметны уравнения Аррениуса (кажущиеся энергии активации Екаж и предэкспоненциальный множитель к0) для процесса энантиоселективного гидрирования ЭП для предложенных платиновых полимерстабилизированных катализаторов

Как следует из табл 5 кажущаяся энергия активации для катализатора Pt/СПСЗ значительно меньше, чем для катализаторов Pt/CnCl и РЬ'СПС2, что, вероятно, связано с модифицирующим действием компонентов комплексного растворителя на поверхность платины

Таблица 5-Параметрыуравнения Увеличение к0, пропорционального количеству

Аррениуса для исследованных активных центров катализатора, при переходе от Р1/СПС1

к Pt/ClIC2 связано с более полным восстановлением гексахлорплатиновой кислоты, а увеличение ее% объясняется тем, что CD способен связываться с гексахлорплатиновой кислотой, которая присутствует в Р1/СПС1, теряя способность к модификации катализатора, однако не теряя способности сорбироваться на наночастицах платины Сравнение данных каталитических систем с традиционной представлено в табл 6 Из представленных данных следует, что лучшая из исследованных каталитических систем при использовании CD позволяет проводить процесс при более низком давлении водорода и комнатной температуре с достижением высокого ее%

В ходе исследования модификации катализаторов цинхонидином были использованы два подхода добавление цинхонидина в реакционный раствор и предварительная модификация катализатора, которая осуществлялась либо предварительной сорбцией модификатора из толуольного раствора с последующим выделением катализатора и его сушкой либо предварительной пропиткой катализатора раствором цинхонидина по влагоемкости с последующей сушкой Было установлено, что при использовании первого подхода

а 1>,

• rfcitci о П/СЖ!

г п/спсз

00 05 1С 15 го }5 30 35 <0 45 50

Р, МПа

Рис 8 - Зависимость энантиомерного избытка реакции от давления водорода

катализаторов

Катализатор ¿каж> кДж/моль ко

pt/crici г 40 1 6461

Pt/CnC2 40 16874

Pt/СПСЗ 22 53

Таблица 6 - Сравнение каталитических систем модификатор поглощается катализатором не

полностью (ее 73%) Применение второго подхода показало, что предварительная сорбция модификатора не влияет на параметры процесса, а при нанесении его расчетного количества пропиткой по влагоемкости позволяет сократить расход модификатора и достичь незначительного увеличения энантиоселективности процесса (ее 75%). Применение второго подхода позволяет полностью удалить модификатор из реакционного раствора включением его в состав катализатора.

Изучение стабильности катализатора Р1/СПСЗ в повторных циклах гидрирования ЭП показало, что ее% процесса остается практически постоянным, а приведенная скорость незначительно снижается от цикла к циклу, тогда как активность используемой в промышленности Р^АЬОз с применением того же модификатора снижается к 5 циклу в 4 раза. Более высокая стабильность катализатора Р1/СПСЗ по сравнению с Рь'АЬОз может быть обьяснена тем, что частицы платины стабилизированы полимерной матрицей и обладают высокой механической прочностью, в следствии чего в процессе использования катализатора не происходит истирания активной фазы, что не наблюдается в случае катализатора Р^АЬОз, являющегося катализатором коркового типа

Для обобщения результатов кинетических исследований, полученных для различных д/, была введена независимая переменная - приведенное время 6>(рис 9)-

0=г/9Л (4)

где т - текущее время реакции, и - рассчитанный параметр, который равен 1 для всех катализаторов.

Хроматографический анализ продуктов реакции показал, что гидрирование субстрата на исследуемых катализаторах идет с образованием этиллактатов без образования побочных продуктов На основании этого можно предположить следующий маршрут реакции'

Е1Ру > ЕИ,ак, где к\ - константа скорости гидрирования

На основании полученных экспериментальных данных для всех катализаторов были построены математические модели (табл 7), удовлетворительно описывающие кинетику гидрирования(рис 9)

Полученные модели являются формальным описанием кинетики гидрирования ЭП на платиносодержащих полимерстабилизированных катализаторах Для всех каталитических систем модели одинаковы, что позволяет предположить аналогичные механизмы гидрирования вне зависимости от метода приготовления катализатора. Из представленных результатов моделирования видно, что в уравнениие модели вводится знаменатель с адсорбционным параметром, то есть для этих катализаторов, существенное значение имеют адсорбционные процессы

Гипотеза о механизме гидрирования была выдвинута на основе проведенного выше анализа кинетических экспериментальных данных и результатов физико-химических исследований, а также при постулировании следующих утверждений'

1. При исследовании физико-химических и каталитических свойств платиновых наночастиц было предположено наличие двух типов активных центров, обозначенных как "металлические" и "органометаллические" центры.

2 Модификатор, сорбируясь на платине, участвует в образовании органометаллических центров При оптимальных концентрациях модификатора для данных каталитических систем платина насыщена модификатором

энантиоселективного гидрирования

этилпирувата

Катализатор Растворитель Р, МПа Т,К ее, %

Р1/СНС1 Толуол 0.9 328 38

Р1/СПС2 Толуол 09 318 46

Р1/СПСЗ Толуол 1 5 298 75

Р1/АЬ03 (5%Р0 цинхонидин Епее1Ьаг(1 Е 4759 Толуол 50 296 76

Толуол 40 298 73

Дихлорэтан 50 293 74

Этанол 7.0 343 73

Изопропанол 07 283 60

s,

I 40

S

feS

• q 65 55 мольАюль

О q 67 39 мольАаюпь

T q 40 32 мзльАйоль

V q 131X» мольАюль

■ q 198 64 иолыМолъ

« q 327? мольЛюль

о q 5244 мйпъЛмль

▼ q 65.55 моль/иол ь

v q 8739 мольАюль

■ q 98 32 мольЛмопь

□ q 131 09 молыЬшль

+ q 196 64 кольЛюль

g 40

• q 6555 мгль/моль

О ЧЭ739 ыольАюль

т q 9832 исльЛюль

V q 13109 моль/моль

■ q 196.64 мопь/моль

10

12

Рис. 9 - Зависимость «Конверсия ЭП - 0»

а) для катализатора Р(/СПС1;

б)для катализатора Р1/СПС2,

в) для катализатора Р^СПСЗ

(точки - эксперимент, сплошная линия -расчет)

Таблица 7 - Кинетические модели гидрирования ЭП на катализаторах Pt/СПС

Катализатор Модель к*, (моль/моль)" с"' Q.» а-Ю^** WnpHB20%, моль(ЭП)/моль(Рт) с

Р1/СПС1 кх. 0 35+0.02 1 54±0.17 0.025 0 07

Pt/CnC2 - ' 0.37±0.02 1.46±0.15 0 027 0 140

Pt/СПСЗ 0 23+0 01 0 99±0.13 0 041 0 350

*к - кинетический параметр;

**Q - адсорбционный параметр, учитывающий адсорбцию продукта и субстрата на катализатором,

***о - среднеквадратичное отклонение;

Х/нХг- текущие концентрации субстрата и продукта, соответственно

3. Реакция протекает между субстратом и водородом, адсорбированными на двух различных типах центров.

4. Субстрат адсорбируется на «органометаллических» центрах (рис. 10).

5. Молекулярный водород сорбируется на «металлических» центрах, давая атомы хемисорбированного водорода

6. Хемисорбированный водород диффундирует по поверхности к субстрату, адсорбированному на opi анометаллических центрах.

Можно предложить следующую последовательность элементарных шагов для механизма гидрирования ЭП

Н2 (5)

СУБ ¥3*<Г^^>СУБ-S*, (б)

CyB-S*+2H-S—^IIP-S*+2S, (7)

ПР-SU Kl" >TIP + S*, (8)

Рис 10 - Адсорбция субстрата на органометллическом центре

где S и S* представляют собой свободные активные "металлический" и "органометаллический" центры, соответственно, Кн, Ксуб, Кпр - константы равновесия для адсорбции водорода, субстрата и продукта, соответственно, и к - константа скорости поверхностной реакции.

Предполагая незначительное заполнение поверхности атомами водорода и, что занятые адсорбированными субстратом и продуктом "органометаллические" центры преобладают над свободными "органометаллическими" центрами, выражение для скорости превращения ЭП можно выразить следующим образом

_<]£çvs_ =__f (9)

Лх Г -1-ЛЩ-Г

где К"=кК„Р„г

Полученное выражение совпадает с уравнением модели (табл 7) при

А-,=СЯ„, (10)

к~К"=кК„РИ1, (11)

(12)

КГУЬ

Риг остается постоянным во время реакции и, следовательно, его можно включить в константу к, для проведения процесса при фиксированном давлении.

Совпадение полученного кинетического уравнения (9) с уравнением модели (табл 7) позволяет высказать предположение о правильности гипотезы и вскрыть физический смысл параметров модели

Представленное систематическое исследование может служить физико-химическим обоснованием усовершенствования технологий получения оптически активных соединений с целью синтеза лекарственных препаратов нового поколения, хиральных соединений для синтеза полимеров, душистых веществ и косметических препаратов

ВЫВОДЫ

1) Разработан подход к приготовлению наноструктурированных платиносодержащих систем на основе полимерных сеток, позволяющий контролировать размеры получаемых частиц активной фазы. Установлено, что наночастицы платины, стабилизированные в сверхсшитом полистироле, являются активными и энантиоселективными катализаторами гидрирования С=0 связи кетонов Для исследованных катализаторов подобраны оптимальные условия гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты с достижением высокой энантиоселективности (75% ее)

2) Проведены физико-химические исследования по определению удельной поверхности; рентгенфотоэлектронная спектроскопия, рентгенфлуорисцентный анализ, ТЭМ-исследование, ИК Фурье спектроскопия, ИК спектроскопия адсорбции СО синтезированных наночастиц платины стабилизированных сверхсшитым полистиролом Показано, что полученные системы обладают развитой поверхностью, а металлические наночастицы со средним диаметром 2 0 нм и узким распределением по размерам состоят из восстановленной платины

3) Выявлены общие закономерности каталитического гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты в зависимости от диэлектрической константы растворителя, при различных скоростях перемешивания, температурах, давлениях, соотношениях субстрат/катализатор и модификатор/катализатор

4) Установлено, что соединения Pt(VI) и Pt(II) препятствуют достижению высокого энантиомерного избытка в процессе энантиоселективного гидрирования ЭП

5) Показано, что катализатор Pt/СПСЗ сохраняет стабильность при повторном использовании, не снижая активности и энантиоселективности процесса.

6) Математическая обработка экспериментальных данных позволила определить кинетические параметры гидрирования и предложить математические модели, адекватно описывающие эксперимент На основе результатов моделирования выдвинута гипотеза о механизме действия этих катализаторов, которая позволила вскрыть физический смысл параметров модели

7) Представленное систематическое исследование может служить физико-химическим обоснованием усовершенствования технологий получения оптически активных соединений с целыо синтеза лекарственных препаратов нового поколения, хиральных соединений для синтеза полимеров, душистых веществ и косметических препаратов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Быков А В , Матвеева В Г., Сульман Э.М. Некоторые подходы к асимметрическому каталитическому гидрированию// Известия вузов Химия и химическая технология, 2006, Т.49 (5), с.64-68

2. Быков А.В, Матвеева В.Г, Сульман Э.М Энантиоселективность платиновых наночасгиц, иммобилизованных в сверхсшитом полистироле, в реакции гидрирования этилпирувата// Известия вузов Химия и химическая технология, 2006, Т.49 (7), с.121-123

3. Быков А.В., Сульман Э.М. Некоторые подходы к асимметрическому катализу/ЛСагализ в промышленности, 2006, Т5, с 3-11.

4. Быков А.В. Полимерстабилизированная платина модифицированная цинхонидином в энантиоселективном гидрировании С=0 связи// Вестник ТГТУ, Тверь, 2006, (6), с. 28-32.

5. Bykov A.V., Sulman Е., Sulman M., Matveeva V Novel metal polymer catalysts in stereoselective hydrogénation of nero!//4,h European Congress on Chemical Engineering: Book of Abstracts N 9, Granada, Spain, 2003, P. 10.1-0002.

6 Быков А В , Демиденко Т.Н., Сульман Э M. Новые металлополимерные катализаторы в стереоселективном синтезе биологически активных веществ// Международная конференция молодых ученых «Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок, эколо! ически безопасные технологии», Тверь, 2003, выпуск 3, с. 3-6.

7. Быков А.В., Сульман Э.М. Энантиоселективный синтез физиологически активных веществ// X Международная научно-техническая конференция "Наукоемкие химические технологшр2004", Волгоград, 2004, Т 1, с. 236-238.

8. Maki-Arvela P., Kumar N., Sulman Е.М., Sulman M.G., Matveeva V.G, Bykov A.V., Salmi T., Murzin D.Yu. Kinetics and mehanism of catalytic isomerization/hydrogenation of пегоШЗ"1 international concress on catalysis, Paris, France, 2004, Vol 2, p 260.

9. Быков А.В. Энантиоселективное гидрирование нерола на платиновых катализаторах// Вестник ТГТУ, Тверь, 2004, Выпуск 5, с. 89-93.

10. Быков А.В., Сульман ЭМ., Матвеева В Г. Энантиоселективный синтез физиологически активных веществ// Межд конфер. молодых ученых «Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии», Тверь, 2004, (4), с. 6-10.

11. Быков А В Энантиоселективное гидрирование нерола на катализаторах платиновой группы// XII Региональные Каргинские чтения Областная научно-техническая конференция молодых ученых "Физика, химия и новые технологии'1, Тверь, 2005, с. 14.

12. Быков А.В., Сульман Э.М Сверхсшитый полистирол - эффективный носитель каталитических систем в реакции асимметрического гидрирования этилпирувата// РАН, Малый полимерный конгресс, Москва, 2005, с.67.

13. Sulman Е., Bykov A., Matveeva V., Sulman M., Valetsky P Novel Metal Polymer Catalysts in Stereoselective Hydrogenation//7th International Symposium on Catalysis Applied to Fine Chemicals, Germany, 2005, Book of Abstracts, P. 99.

14. Bykov A, Sulman E., Nikoshvili L, Doluda V., Demidenko G , Matveeva V. Platinum nanoparticles stabilized in hypercrosslinked polystyrene in selective hydrogénation of ethylpyruvate. 17lh International Congress of Chemical and Process Engineering, 27-31 August 2006, Praha, Czech Republic, Book of Proceedings, P7.028, P.150

15 Matveeva V., Sulman E, Valetsky P., Bykov A, Sulman M. Metalopolymeric Heterogeneous Catalysts in the Reactions of Enantioselective Hydrogénation in the Synthesis of Chiral Intermediates// The 12"' ISTC/KOREA Workshop Industrial Applications of Russia's New Fine Chemical Technologies, October 17-18, 2006, Book of Proceedings, P.37 - 42

Д/

Подписано в печать 19.02.07 Физ.печ.л. 1,0 Заказ № 20 Тираж 100 экз.

Типография ТГТУ 170026, г. Тверь, наб. А. Никитина, 22

ВВЕДЕНИИ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Асимметрический катализ с использованием природных катализаторов

1.1.1 11риродные катализаторы асимметрического синтеза

1.1.2 Асимметрический синтез с использованием полипептидов и краунэфиров

1.2 Асимметрический катализ металлами

1.2.1 Гомогенный катализ

1.2.1.1 Хиральные лиганды

1.2.1.2 Родий-фосфиновые катализаторы

1.2.1.3 Рутениевые катализаторы

1.2.1.4 Кобальтовые и титановые катализаторы

1.2.2 Гетерогенный асимметрический катализ

1.2.2.1 Хиральные носители и поверхности металлов

1.2.2.2 Модифицированные каталитические системы

1.3 Энантиоселективное гидрирование этилового эфира пировиноградной кислоты на платиносодержащих катализаторах, модифицированных хинными алкалоидами

1.3.1 Каталитические системы, применяемые в гидрировании этилового эфира пировиноградной кислоты

1.3.2 Роль и природа модификатора в асимметрическом гидрировании этилового эфира пировиноградной кислоты 39 2. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И АНАЛИЗОВ

2.1. Методика приготовления ка тализа торов

2.2. Оборудование и методики проведения экспериментов

2.2.1 Установка для проведения гидрирования в статических условиях под давлением

2.2.2 Методика гидрирования под давлением

2.2.3 Газохроматографический анализ

2.3 Физико-химические методы исследования катализаторов

2.3.1 Определение удельной поверхности и пористости низкотемпературной адсорбцией азота

2.3.2 Определение массовых валовых содержаний химических элементов методом рентгенофлуоресцентного анализа

2.3.3 Рентгенофотоэлектронная спектроскопия образцов катализаторов

2.3.4 Трансмиссионная электронная микроскопия

2.3.5 Инфракрасная спектроскопия катализаторов и субстратов

2.3.6 Инфракрасная спектроскопия адсорбции СО

2.4 Использованные реактивы 69 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДШ1ИГ:

3.1 Физико-химические исследования каталитических систем

3.1.1 Определение удельной поверхности и пористости низкотемпературной адсорбцией азота

3.1.2 Рентгенфлуоресцентное исследование образцов

3.1.3 Рентгенофотоэлектронное исследование образцов

3.1.4 ТЭМ исследование образцов

3.1.5 Инфракрасная спектроскопия катализаторов и субстратов

3.1.6 Инфракрасная спектроскопия адсорбции СО

3.2 Исследование кинетики энантиоселективного гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты на платине, иммобилизованной в сверхсшитый полистирол

3.2.1 Влияние интенсивности перемешивания

3.2.2 Влияние природы растворителя

3.2.3 Влияние концентрации модификатора

3.2.4 Влияние соотношения субстрат:катализатор

3.2.5 Влияние давления водорода

3.2.6 Влияние температуры

3.2.7 Влияние способа восстановления катализатора на энантиоселективность и активность гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты

3.2.8 Влияния способа модификации катализатора на энантиоселекгивнос'1 ь процесса

3.2.9 Влияние повторного использования катализатора Pt/СПСЗ на его стабильность

3.3 Выбор кинетических моделей процесса гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты на платиновых наночастицах, иммобилизованных в полимерную сетку

3.4 Гипотеза о механизме гидрирования 142 ВЫВОДЫ 147 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность проблемы и общая характеристика работы.

Проблема разработки физико-химических основ химико-технологических процессов на современном этапе тесно связана с активным развитием нанохимии. Получение стабильных наночастиц, в том числе, наночастиц металлов и их специфические физико-химические и технические характеристики открыли перед исследователями новые возможности но формированию активных центров на поверхностях, использованию .межчастичных взаимодействий и как следствие пониманию механизмов сложных химических процессов.

Уникальные свойства наночастиц металлов объясняются влиянием таких параметров, как размер частиц металла, организация их кристаллической решетки и структура поверхности, а также химической природой окружающей среды. Также характерной особенностью является значительное увеличение площади поверхности при переходе от объемных металлических частиц к частицам с малыми размерами. Это стимулирует изучение физико-химических и каталитических свойств наночастиц. Традиционно каталитически активные структуры формируются на поверхности неорганической подложки, которая не позволяет точно контролировать размер наночастиц, их морфологию и не предоставляв возможности эффективного предотвращения агрегации получаемых частиц. В связи с чем, актуальной является проблема получения каталитических систем, обеспечивающих контроль размера металлических частиц, изучение физико-химических свойств таких систем и установление особенностей механизмов протекания процессов тонкого органического синтеза на полученных системах. Использование наноразмерных частиц в качестве катализаторов позволяет существенно менять направление и скорость химических превращений, что требует подробного рассмотрения с точки зрения физико-химического подхода, как основы совершенствования процессов химической технологии.

Среди каталитических процессов важнейшим и интереснейшим в практическом и теоретическом отношении является каталитическое восстановление с получением энантиомерно обогащенных продуктов, в частности, парциальное каталитическое гидрирование прохиральных кетонов. В настоящее время этот процесс используется в производстве душистых и биологически активных добавок, а также в синтезе лекарственных препаратов и витаминов. Многие из применяемых каталитических систем позволяют получать только рацематы или смеси с малой обогащенностью целевым энантиомером, что зачастую ухудшает' качество целевого продукта [1-4]. К тому же оптически активные эфиры гидроксикарбоновых кислот привлекают внимание как перспективные хиральные мономеры для получения биоразлагаемых полимеров, характеристики которых, такие как кристалличность, температура плавления, растворимость, существенно превосходят аналогичные характеристики соответствующих полимеров, полученных на основе рацемата, что, в свою очередь, повышает спрос на оптически активные эфиры гидроксикислот [1, 5]. Таким образом, синтез отдельных энантиомеров - актуальная задача современной промышленной химии.

Вышеперечисленные обстоятельства определяют актуальность исследований, направленных на изучение физико-химических свойств наноразмерных металлосодержащих систем как элементов процессов тонкого органического синтеза.

Цель работы. Работа направлена на изучение физико-химических основ процессов энантиоселективного гидрирования С=0 группы сложных эфиров а-кетокислот с участием высокоэффективных наноструктурированных гетерогенных каталитических систем (главный влияющий фактор) на основе наночастиц платины, иммобилизованных в полимерную матрицу, а также на физико-химическое исследование получаемых наноструктур.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: синтезирован новый тип катализаторов на основе наноструктурированной матрицы - сверхсшитого полистирола (СПС); проведены физико-химические исследования катализаторов и субстратов (определение удельной площади поверхности катализаторов методом низкотемпературной адсорбции азота, ренп енфлуорссцентный анализ (РФА), рентгенофотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ), инфракрасная Фурье спектроскопия, инфракрасная спектроскопия адсорбции СО); установлены оптимальные условия протекания процесса энантиоселективного гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты (этилпируват, ЭП) с использованием синтезированных платиносодержащих полимерных систем; определены кинетические закономерности данного каталитического процесса при варьировании следующих параметров: природы растворителя, температуры, давления, соотношения субстрат/катализатор и модификатор/катализатор; исследована стабильность катализаторов в повторных циклах; на основе полученных экспериментальных данных предложены математические модели реакции и выдвинута гипотеза о механизме энантиоселективного гидрирования на синтезированных нанокатализаторах.

Представленное систематическое физико-химическое исследование может служить основой для усовершенствования технологий получения оптически активных соединений с целыо синтеза лекарственных препаратов нового поколения, душистых веществ и косметических средств.

Работа проводилась при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы», а также по программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Направленный синтез веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе».

Научная новизна и практическая значимость. Разработан подход к приготовлению наноструктурированных платиносодержащих систем на основе сверхсшитых полимерных сеток, позволяющий контролировать размеры получаемых наночастиц активной фазы, которые способны обеспечивать высокую скорость и энантиоселективность процесса энантиоселективного гидрирования этилпирувата. Впервые изучено энантиоселективное гидрирование С=0 группы прохиральных кетонов с применением платиновых нанокатализаторов на основе сверхсшитого полистирола. Показана возможность предварительной модификации катализатора, позволяющая включить модификатор в состав катализатора и удалить его из реакционного раствора, что решает проблему загрязнения целевого продукта модификатором.

Выявлены общие закономерности энантиоселективного гидрирования сложных эфиров а-кетокислот. Изучены направление и скорость химических превращений в присутствии платиносодержащих катализаторов на основе полимерных сеток.

Исследована реакция энантиоселективного гидрирования Г)П до оптических изомеров этилового эфира молочной кислоты (этиллактат, ЭЛ). В ходе работы проведен ряд физико-химических исследований синтезированных катализаторов и субстратов, изучена кинетика энантиоселективного гидрирования ЭП, установлены кинетические закономерности процесса при варьировании температуры, давления, соотношения субстрат/катализатор и модификатор/катализатор, сконструированы математические модели реакций и выдвинута гипотеза о механизме процесса.

Для синтезированных катализаторов на основе наноструктурированных полимерных матриц подобраны оптимальные условия гидрирования с достижением высокой энантиоселективности процесса (ее 75.0%), что позволило предложить новые обоснованные подходы к совершенствованию существующих технологических процессов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 40М Европейском конгрессе по химической инженерии, Гранада, Испания, 2003; Международной конференции молодых ученых «Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок, экологически безопасные технологии», Тверь, 2003; X Международной научно-технической конференция "Наукоемкие химические технологии-2004", Волгоград, 2004; 13ом Международном конгрессе по катализу, Париж, Франция, 2004; Международной конференции молодых ученых «Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии», Тверь, 2004; XII Областной научно-технической конференции молодых ученых "Физика, химия и новые технологии", Тверь, 2005; VII Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение», Пенза, 2005; 7°" Международном симпозиуме по катализу в применении к тонкому органическому синтезу, Бинген/Майнц, Германия, 2005; Малом полимерном конгрессе РАН, Москва, 2005; 17ом Международном конгрессе химической и промышленной инженерии "CHISA 2006", Прага, Чешская республика, 2006; 12ом ISTC/KOREA семинаре. Промышленное применение российских новых тонких химических технологий, Ульсап, Корея, 2006.

По результатам опубликовано 16 печатных работ, в том числе, 3 в изданиях центральной печати.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

ВЫВОДЫ

1) Разработан подход к приготовлению наноструктурированных платиноеодержащих систем на основе полимерных сеток, позволяющий контролировать размеры получаемых частиц активной фазы. Установлено, что наночастицы платины, стабилизированные в сверхсшитом полистироле, являются активными и энантиоселективными катализаторами гидрирования С=0 связи кетонов. Для исследованных катализаторов подобраны оптимальные условия гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты с достижением высокой энантиоселективности (75% ее).

2) Проведены физико-химические исследования по определению удельной поверхности; рентгенфотоэлектронная спектроскопия, рентгенфлуорисцентный анализ, ТЭМ исследование, ИК Фурье спектроскопия, ИК спектроскопия адсорбции СО синтезированных наночастиц платины, стабилизированных сверхсшитым полистиролом. Показано, что полученные системы обладают развитой поверхностью, а металлические наночастицы со средним диаметром 2.0 нм и узким распределением по размерам состоят из восстановленной платины.

3) Выявлены общие закономерности каталитического гидрирования этилового эфира пировиноградной кислоты в зависимости от диэлектрической константы растворителя, при различных скоростях перемешивания, температурах, давлениях, соотношениях субстрат/катализатор и модификатор/катализатор.

4) Установлено, что соединения Pt(VI) и Pt(II) препятствуют достижению высокого энантиомерного избытка в процессе энантиоселективного гидрирования ЭП.

5) Показано, что катализатор Pt/СПСЗ сохраняет стабильность при повторном использовании, не снижая активности и энантиоселективности процесса.

6) Математическая обработка экспериментальных данных позволила определить кинетические параметры гидрирования и предложить математические модели, адекватно описывающие эксперимент. На основе результатов моделирования выдвинута гипотеза о механизме действия этих катализаторов, которая позволила вскрыть физический смысл параметров модели.

7) Представленное систематическое исследование может служить физико-химическим обоснованием усовершенствования технологий получения оптически активных соединений с целью синтеза лекарственных препаратов нового поколения, хиральных соединений для синтеза полимеров, душистых веществ и косметических препаратов.

149

1. Patrik G.L. An Introduction to Medicinal Chemistry. Oxford University Press, 1995.

2. Muller G.W., Konnecke W.E, Smith A.M., Khetani V.D. A Concise Two-Step Synthesis of Thalidomide // Org. Proc. Res. Dev. 1999. Vol. 3, p. 139.

3. Takeuchi Y., Shiragami Т., Kimura K., Suzuki E., Shibata N. (R)- and (S)-3-Fluorothalidomides: Isosteric Analogues of Thalidomide // Org. Lett. 1999. Vol. 1(10). p. 1571.

4. Stinson S.C. Achiral ligands abet chiral catalysis // Chem. & Eng. News, 2000. Vol. 78(10), p. 55.

5. Клабуновский E. И. Каталитический асимметрический синтез b-гидроксикислот и их эфиров // Успехи химии. 1996. Vol. 65 (4). р. 350.

6. Fersht A. Enzyme Structure and Mechanism, W.H. Freeman, Reading, San Francisco, 1977.

7. Биополимеры. Пер. с япон./ Оои Т., Ицука Э., Онари С., и др.; Под ред. Ю. Иманиси. М.: Мир, 1988.

8. Chase Т., Shaw Е. Titration of trypsin, plasmin, and thrombin with p-nitrophenyl p'-guanidinobenzoate HC1 // Methods in Enzymology (Proteolytic Enzymes), 1970, Vol. 19, p. 20.

9. Blow D.M., The Enzymes, 3rd ed., Vol. 3, Academic Press, New York and London, 1971.

10. Kezdy F.J., Kaiser E.T. Principles of active site titration of proteolytic enzymes // Methods in Enzymology (Proteolytic Enzymes), 1970, Vol. 19, p. 3.

11. Zeffen E., Hall P.L., The Study of Enzyme Mechanisms, John-Wiley, New York, 1973.

12. Engel P.C., Outline Studies in Biology, Enzyme Kinetics, Chapman and Hall, London, 1977.

13. Wong J.T.-F., Kinetics of Enzyme Mechanisms, Academic Press, New York, 1975.

14. Segel I.H., Enzyme Kinetics, John-Wiley, New York, 1975.

15. Хироми К., Син-нюмон косо кагаку, Косо ханно-но сокудо рон, Нанкодо, 1984.

16. Briggs G.E., Haldene J.B.S. A note on the kinetics of enzyme action // J. Biochem. 1925, Vol. 19. p. 338.

17. Knowles W.S., Sabacky M.J. Catalytic asymmetric hydrogenation employing a soluble, optically active, rhodium complex // J.C.S. Chem. Cominun. (London). 1968. (22). p. 1445.

18. Horner L., Siegel H., Buthe H. Asymmetrische katalytische Hydrierung mit einem homogen gelosten optisch aktiven Phosphin-Rhodium-Komplex // Angew. Chem. 1968. Vol. 80(24), p. 1034.

19. Abley P., McQuillin F.J. Asymmetric hydrogenation at a rhodium complex using (+)- or (-)-PhCHMe-NHCHO or (-)-MeCH(OH>CONMe2 as ligands // J. Chem. Soc. D. 1969. (9). p. 477b.

20. Kagan H.B., Dang T.-P. The asymmetric synthesis of hydratropic acid and amino-acids by homogeneous catalytic hydrogenation // J.C.S. Chem. Commun. 1971.(10). p. 481.

21. Noyori R. Centenary Lecture. Chemical multiplication of chirality: science and applications // Chem. Soc. Rev. 1989. p. 187.

22. Noyori R., Takaya H. BINAP: an efficient chiral element for asymmetric catalysis // Acc. Chem. Res. 1990. Vol. 23, p. 345.

23. Noyori R., Stereocontrolled Organic Synthesis, ed. Trost B.M. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1994.

24. Noyori R. Asymmetric Hydrogenation // Acta Chem. Scand. 1996. Vol. 50, p. 380.

25. Takaya H., Mashima К., Koyano M., Yagi M., Kumobayashi H., Taketomi Т., Akutagawa S., Noyori R. Practical synthesis of (R)- or (S)-2,2'-bis(diarylphosphino)-1,1 '-binaphthyls (BINAPs) // J. Org. Chem. 1986. Vol. 51(5), p. 629.

26. Cai D., Payack J.F., Bender D.R., Hughes D.L., Verhoeven T.R., Reider P.J. (R)-(+)- and (S)-H-2,2'-bis(diphenylphosphino)-l,l'-binaphthyl (binap) // Org. Synth. 1998. Vol. 76, p. 6.

27. Rossen K. Ru- und Rh-katalysierte asymmetrische Hydrierungen: Eine alte Reaktion bietet neue Uberraschungen // Angew.Chem. 2001. Vol. 113 (24), p. 4747.

28. Gridnev J.D., Higashi N., Imamoto T. On the Origin of Opposite Stereoselection in the Asymmetric Hydrogenation of Phenyl- and tert-Butyl-Substituted Enamides// J. Am. Chem. Soc. 2000. Vol. 122(42), p. 10486.

29. Gridnev I.D., Higashi N., Imamoto T. Interconversion of Monohydride Intermediates in Rh(I)-Catalyzed Asymmetric Hydrogenation of Dimethyl 1-Benzoyloxyethenephosphonate//J. Am. Chem. Soc. 2001. Vol. 123(19), p. 4631.

30. Gridnev I.D., Higashi N., Imamoto T. Mechanism of Asymmetric Hydrogenation Catalyzed by a Rhodium Complex of (S,S)-l,2-Bis(tert-butylmethylphosphino)ethane. Dihvdride Mechanism of Asymmetric Hydrogenation//J. Am. Chem. Soc. 2000. Vol. 122(30), p. 7183.

31. Gridnev I.D., Yasutake M., Higashi N., Imamoto T. Asymmetric Hydrogenation of Enamides with Rh-BisP* and Rh-MiniPHOS Catalysts. Scope, Limitations, and Mechanism//J. Am. Chem. Soc. 2001. Vol. 123(22), p. 5268.

32. Yasutake M, Gridnev I.D., Higashi N., Imamoto T. Highly Enantioselective Hydrogenation of (E)-li -(Acylamino)acrylates Catalyzed by Rh(I)-Complexes of Electron-Rich P-Chirogenic Diphosphines // Org. Lett. 2001. Vol. 3(11), p. 1701.

33. Ногради М. Стереоселективный синтез. М.: Мир, 1989.

34. Мурзин Д. Каталитический асимметрический синтез (Заметки, вдохновленные присуждением Нобелевской премии по химии за 2001 год) // Химическая промышленность. 2001. Vol. 11, р. 3.

35. King R.B., Bakos J., Hoff C.D., Marko L. l,2-Bis(diphenylphosphino)-l-phenylethane: a chiral ditertiary phosphine derived from mandelic acid used as a ligand in asymmetric homogeneous hydrogenation catalysts // J. Org. Chem. 1979. Vol. 44(10), p. 1729.

36. Ogima I., Kogure Т., Achiwa K. Effective asymmetric hydrogenation of itaconic acid catalyzed by neutral and cationic rhodium(i) complexes with chiral pyrrolidinodiphosphine ligand // Chem. Lett. 1978. Vol. 7(6), p. 567.

37. Brown J.M., Chaloner P.A., Murrer B.A., Parker D. // A.C.S. Symposium Ser. 1980. Vol. 119, p. 1731.

38. Brown J.M., Chaloner P.A. The mechanism of asymmetric homogeneous hydrogenation. Rhodium(I) complexes of dehydroamino acids containing asymmetric ligands related to bis(l,2-diphenylphosphino)ethane // J. Am. Chem. Soc. 1980. Vol. 102(9), p. 3040.

39. James B.R., Wang D.K.W., Voigt R.F. Catalytic asymmetric hydrogenation using ruthenium(II) chiral phosphine complexes // J.C.S. Chem. Commun. 1975. (14). p. 574.

40. Matteoli U., Frediani P., Bianchi M., Botteghi C., Gladiali S. Asymmetric homogeneous catalysis by ruthenium complexes // J. Mol. Catal. 1981. Vol. 12(3), p. 265.

41. Magee M.P., Norton J.R. Stoichiometric, Catalytic, and Enantioface-Selective Hydrogenation of C=N Bonds by an Ionic Mechanism // J. Am. Chem. Soc. 2001. Vol. 123(8), p. 1778.

42. Dobbs D. A., Vanhessche К. P. M., Brazi E., Rautenstrauch V., Lenoir J.-Y., Genet J.-P., Wiles J., Bergens S. H. Industrielle Synthese von (+)-cis

43. Methyldihydrojasmonat durch enantioselektive katalytische Hydrierung; Identifizierung des Prakatalysators Ru((-)-Me-DuPHOS)(H)(T)6-1,3,5-cyс 1 ooctatrien).(BF4) // Angew. Chem. 2000. Vol. 112(11), p. 2080.

44. Wiles J., Bergens S.H., Vanhessche K.P. M., Dobbs D.A., Rautenstrauch V. Ein flexibler und effizienter Zugang zu aktiven und wohldefinierten Katalysatoren des Typs Ru(bisphosphan)(H)(solvens)3.(BF4) // Angew.Chem. 2001. Vol. 113(5), p. 937.

45. Wiles J., Bergens S.H., Vanhessche K.P.M., Dobbs D.A., Rautenstrauch V. A Versatile and High-Yield Route to Active and Well-Defined Catalysts Ru(bisphosphane)(H)(solvent)3.(BF4) //Angew. Chem. Int. Ed. 2001. Vol. 40(5), p. 914.

46. Noyori R. Asymmetrische Katalyse: Kenntnisstand und Perspektiven (Nobel-'Vortrag) // Angew. Chem. 2002. Vol. 114(12), p. 2108.

47. Fischli A., Suss D. Cob(I)alamin als Katalysator, 5. Mitteilung 1. Enantioselektive Reduktion a,p-ungesattigter Carbonylderivate // Helv. Chim. Acta. 1979. Vol. 62(7), p. 2361.

48. Fischli A., Daly J.J. Cob(I)alamin as Catalyst. 8th Communication. Cob(I)alamin and Heptamethyl Cob(I)yrinate During the Reduction of a,p -Unsaturated Carbonyl Derivatives // Helv. Chim. Acta. 1980. Vol. 63(6), p. 1628.

49. Cesarotti E., Ugo R., Vitiello R. Chiral cyclopentadienyl as ligands in homogeneous asymmetric catalysis Part 1. Asymmetric hydrogenation of simple olefins by Ti(IV) complexes//J. Mol. Catal. 1981. Vol. 12(1), p. 63.

50. Krause H.W. Chiral rhodium complexes of the dimenthylphosphine group attached to polystyrene for asymmetric hydrogenation of Z-a-acetamidocinnamic acid // React. Kinet. Catal. Lett. 1979. Vol. 10(3), p. 243.

51. Ohkubo К., Fujimori К., Yoshinaga К. Asymmetric hydrogenation of prochiral unsaturated acids by soluble and insoluble polymer-supported rhodium(I) chiral diphosphine complexes// Inorg. Nucl. Chem. Letters. 1979. Vol. 15(5-6), p. 231.

52. Nagel U., Menzel H., Lednor P.W., Beck W., Guyot A., Barholin M. // Naturf. 1981. Vol. 36, p. 578.

53. Smith G.V., Notheisz F. Heterogeneous Catalysis in Organic Chemistry. N.Y.: Academic Press, 1999. p. 97.

54. Chiral Reactions in Heterogeneous Catalysis. Eds.: Jannes G., Dubois V. N.Y.: Plenum Press, 1995. p. 33.

55. Collins A.N., Sheldrake G.N., Crosby J., Chirality in Industry II. New Delhi: Thomson Press India Ltd, 1997.

56. Humblot V., Haq S., Muryn C., Hofer W.A., Raval R. From Local Adsorption Stresses to Chiral Surfaces: (R,R)-Tartaric Acid on Ni(l 10) // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124(3), p. 503.

57. Ahmadi A., Attard G., Feliu J., Rodes A. Surface Reactivity at "Chiral" Platinum Surfaces // Langmuir. 1999. Vol. 15(7), p. 2420.

58. Tungler A. Induced Chiral Metal Surfaces in Asymmetric Hydrogenations? // React. Kinet. Catal. Lett. 2001. Vol. 74(2), p. 271.

59. Maki-Arvela P., Salmi Т., Murzin D.Y. Enantiospecific heterogeneous catalysis without a chiral modifier// Stud. Surf. Sci. Catal. 2003. Vol. 145. p. 137.

60. Мурзин Д., Мяки-Арвела П., Салми Т. Механизмы асимметрического гетерогенного катализа // Кинетика и катализ. 2003. Vol. 44 (3), р. 353.

61. Klabunovskii E.I. Asymmetric hydrogenation on metals // Russian Chemical Reviews. 1991. Vol. 60 (9), p. 980.

62. Izumi Y. // Adv. Catal. 1983. Vol. 32, p. 215.

63. Tai A., Sugimura Т., Chiral Catalyst Immobilization and Recycling. Eds. De Vos D.E., Vankelecom, I.F.J., Jacobs P.A. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2000. p. 173.

64. Tai A., Ito K., Harada T. // Bull. Chem Soc. Jap. 1981. Vol. 54, p. 223.

65. Tungler A., Sipos E., Hada V. Asymmetric heterogeneous catalytic hydrogenation, is it useful tool for the synthetic organic chemist? // ARKIVOC. 2004. (7), p. 223.

66. Huck W.-R., Btirgi Т., Mallat Т., Baiker A. Asymmetric hydrogenation on platinum: nonlinear effect of coadsorbed cinchona alkaloids on enantiodifferentiation //J. ofCatal. 2003. Vol. 216. p. 276.

67. M.A. Fraga, M.J. Mendes, E. Jodao Examination of the surface chemistry of activated carbon on enantioselective hydrogenation of methyl pyruvate over Pt/C catalyst//J.ofMol.Catal. A. 2002. Vol. 179. p. 243.

68. Zuo X., Liu H., Guo D., Yang X. Enantioselective hydrogenation of pyruvates over polymer-stabilized and supported platinum nanoclusters // Tetrahedron. 1999. Vol. 55(25), p. 7787.

69. Blaser H.U., Jalett H.P., I.ottenbach W., Studer M. Heterogeneous Enantioselective Hydrogenation of Ethyl Pyruvate Catalyzed by Cinchona-Modified Pt Catalysts: Effect of Modifier Structure // J. Am. Chem. Soc. 2000. Vol. 122(51), p. 12675.

70. Тоукониитту Э., Мяки-Арвела П., Ниеминен В., Салми Т., Мурзин Д.Ю. Механизмы асимметрического гетерогенного катализа на молекулярном уровне. Гидрирование 1-фенил-1,2-пропандиона // Кинетика и катализ. 2003. Vol. 44(4), р. 614.

71. Marzialetti Т., Fierro J.L.G., Reyes P. Effect of the nature of the support on the enantioselective hydrogenation of 1-phenyl-1,2-propanedione over supported iridium catalysts // J. Chil. Chem. Soc. 2005. Vol. 50(1), p. 154.

72. Baiker A. Progress in asymmetric heterogeneous catalysis: Design of novel chirally modified platinum metal catalysts//J. Mol. Catal. A. 1997. Vol. 115(3). p. 473.

73. Blaser H.U., Jalett H.P., Muller M., Studer M. Enantioselective hydrogenation of u-ketoesters using cinchona modified platinum catalysts and related systems: A review // Catal. Today. 1997. Vol 37(4), p. 441.

74. Wells P.B., Wilkinson A.G. Platinum group metals as heterogeneous enantioselective catalysts//Top. Catal. 1998. Vol. 5(1-4), p. 39.

75. Hutchings G.J. New approaches to rate enhancement in heterogeneous catalysis // Chem. Commun. 1999. (4), p. 301.

76. Sugimura T. Recent progress in tartaric acid-modified Raney nickel system for enantiodifferentiating hydrogenation// Catal. Surv. Jpn. 1999. Vol. 3(1), p. 37.

77. Osawa Т., Harada Т., Takayasu 0. Progress of enantio-differentiating hydrogenation of prochiral ketones over asymmetrically modified nickel catalysts and a newly proposed enantio-differentiation model//Top. Catal. 2000. Vol. 13(3), p. 155.

78. Tungler A., Fogassy G. Catalysis with supported palladium metal, selectivity in the hydrogenation of C=C, C=0 and C=N bonds, from chemo- to enantioselectivity //J. Mol. Catal. A. 2001. Vol. 173(1-2), p.231

79. Von Arx M., Mallat Т., Baiker A. Asymmetric Hydrogenation of Activated Ketones on Platinum: Relevant and Spectator Species // Top. Catal. 2002. Vol. 19(1), p. 75.

80. Margitfalvi J.L., Hegediis M., Tfirst E. Enantioselective hydrogenation of a-keto esters over cinchona-Pt/АЬОз catalyst. Kinetic evidence for the substrate-modifier interaction in the liquid phase// Tetrahedron Asymmetry. 1996. Vol. 7(2), p. 571.

81. Diezi S., Mallat Т., Szabo A., Baiker A. Fine tuning the "chiral sites" on solid enantioselective catalysts // J. of Catal. 2004. Vol. 228, p. 162.

82. Balazsik К., Bartok M. Heterogeneous asymmetric reactions Part 40. New data on repeated use of Pt-alumina catalyst during enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate // J. of Mol. Catal. A. 2004. Vol. 219, p. 389.

83. Mallat Т., Bodzar Z., Minder В., Borszeky K., Baiker A. Nature of Initial Transient Period during Enantioselective Hydrogenation on Pt and Pd // J. Catal. 1997. Vol. 168(2), p. 183.

84. Wehrli J.T., Baiker A., Monti D.M., Blaser H.-U., Jalett H.-P. Enantioselective hydrogenation of a-ketoesters: influence of reaction medium and conversion // J. Mol. Catal. 1989. Vol. 57(2), p. 245.

85. Margitfalvi J.L., Minder В., Talas E., Botz L., Baiker A., in: Guczi L., Solymosi F., Telenyi P. (Eds.). New Frontiers in Catalysis: Proceedings 10th International Congress on Catalysis, Budapest. 1992, Academiai Kiado, Budapest. 1993. p. 2471.

86. Blackmond D.G. Comments on "Nature of Initial Transient Period During Enantioselective Hydrogenation on Pt and Pd" by T. Mallat, Z. Bodnar, B. Minder, K. Borszeky, and A. Baiker // J. Catal. 1998. Vol. 176( 1), p. 267.

87. Balazsik K., Bartok M. New data on enantiomeric excess versus conversion during enantioselective hydrogenation of activated ketones on a platinum catalyst // J. of Catal. 2004. Vol. 224, p. 463.

88. Li X., Wells R.P.K., Wells P.B., Hutchings G.J. New insights into the relationship between conversion and enantioselectivity for the asymmetric hydrogenation of alkyl pyruvat // J. of Catal. 2004. Vol.221, p. 653.

89. Science and technology in catalysis: Heterogeneous Catalysis and Fine Chemicals IV / Edited by H.U. Blaser, A. Baiker, R. Prins Amsterdam: Elsevier, 1997. 676 p. (Studies in surface science and catalysis; ISBN: 0-444-82390-5. Vol. 108).

90. Margitfalvi J.L., Marti P., Baiker A., Botz L., Sticher 0. Role of the modifier in the enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate over Pt/Al203 catalyst // Catal. Lett. 1990. Vol. 6(3-6), p. 281.

91. Blaser H.-U., Garland M., Jalett H.-P. Enantioselective Hydrogenation of Ethyl Pyruvate: Kinetic Modeling of the Modification of Pt Catalysts by Cinchona Alkaloids//J. Catal. 1993. Vol. 144(2), p. 569.

92. Wang J., Sun Y., LeBlond C., Landau R.N., Blackmond D.G. Asymmetric Hydrogenation of Ethyl Pyruvate: Relationship between Conversion and Enantioselectivity //J. Catal. 1996. Vol. 161(2), p. 752.

93. Baiker A. Transition state analogues a guide for the rational design of enantioselective heterogeneous hydrogenation catalysts // J. Mol. Catal. A. 2000. Vol. 163(1-2), p. 205.

94. Gamez A., Kohler J., Bradley J. Solvent effects in the kinetics of the enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate // Catal. Lett. 1998. Vol. 55(2), p. 73.

95. Aranda D.A.G., Carneiro J.W.M., Oliveira C.S.B., Passos F.B., Souza P.R.N., Antunes O.A.C. A semiempirical study of the conformational behavior of cinchonidine and its interaction with methyl pyruvate // Braz. J. Chem. Eng. 2001. Vol. 18(3), p. 287.

96. Toukoniitty E., Maki-Arvela P., Kuusisto J., Nieminen V., Paivarinta J., Hotokka M., Salmi Т., Murzin D. Yu. Solvent effects in enantioselectivehydrogenation of 1 -phenyl-1,2-propanedione// J. Mol. Catal. A. 2003. Vol. 192(1-2), p. 135.

97. Baiker A. In: A Molecular View of Heterogeneous Catalysis / Ed. Derouane E.G. Paris: De Boeck Universite. 1998. p 165.

98. Blackmond D.G. // Cattech. 1998. Vol. 6, p. 17.

99. Raval R. Assembling Molecular Guidance Systems for Heterogeneous Enantioselective Catalysis // Cattech. 2001. Vol. 5(1), p. 12.

100. Bakos I., Szabo S., Bartok M., Kalman E. Adsorption of cinchonidine on platinum: an electrochemical study // J. of Electroanalytical Chem. 2002. Vol. 532, p. 113.

101. Toukoniitty E., Sevcikova В., Maki-Arvela P., Warna J., Salmi Т., Murzin D. Yu. Kinetics and modeling of 1-phenyl-1,2-propanedione hydrogenation // J. Catal. 2003. Vol. 213(1), p. 7.

102. Nitta Y., Shibata A. Enantioselective Hydrogenation of (E)-a-Phenylcinnamic Acid on Pd/Ti02 Catalyst Modified by Cinchona Alkaloids: Effect of Modifier // Chem. Lett. 1998. Vol. 27(2), p. 161.

103. LeBlond C., Wang J., Andrews A.T., Sun Y.-K. Establishment and maintenance of an optimal chiral surface in cinchona-modified 1% Pt/Al203 for enantioselective hydrogenation of a-keto esters // Top. Catal. 2000. Vol. 13(3), p. 169.

104. Bartok M., Szollosi G., Balazsik K., Bartok T. Heterogeneous asymmetric reactions: Part 25. On the pretreatment and prehydrogenation of Pt-alumina catalyst in the hydrogenation of ethyl pyruvate // J. Mol. Catal. A. 2002. Vol. 177(2), p. 299.

105. Morawsky V., Prtif3e U., Witte L., Vorlop K.-D. Transformation of cinchonidine during the enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate to ethyl lactate//Catal. Commun. 2000. Vol. 1(1-4), p. 15.

106. Tallat Т., Bodnar Z., Minder В., Borszeky K., Baiker A. Nature of Initial Transient Period during Enantioselective Hydrogenation on Pt and Pd // J. Catal. 1997. Vol. 168(2), p. 183.

107. Mallat Т., Baiker A. Reply to Comment on "Nature of Initial Transient Period During Enantioselective Hydrogenation on Pt and Pd" by Donna G. Blackmond // J. Catal. 1998. Vol. 176( 1), p. 271.

108. Orito Y., Imai S., Niwa S. // J. Chem. Soc. Jpn. 1979. p. 1118.

109. Orito Y., Imai S., Niwa S. // J. Chem. Soc. Jpn. 1980. p. 670.

110. Augustine R.L., Tanielyan S.K., Doyle L.K. Enantioselective heterogeneous catalysis I. A working model for the catalyst:modifier:substrate interactions in chiral pyruvate hydrogenations // Tetrahedron Asymmetry. 1993. Vol. 4(8), p. 1803.

111. Studer M., Blaser H.-U., Exner C. Enantioselective Hydrogenation Using Heterogeneous Modified Catalysts: An Update // Adv. Synth. & Catal. 2003. Vol. 345(1-2), p. 45

112. Wang G., Heinz Т., Pfaltz A., Minder В., Mallat Т., Baiker A. New chiral modifiers for the enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate over Pt/АЬОз catalysts // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994. p. 2047.

113. Minder В., Mallat Т., Baiker A., Wang G., Heinz Т., Pfaltz A. A novel aminoalcohol modifier for the enationselective hydroganation of ethyl pyruvate on Pt/alumina // J. Catal. 1995. Vol.154, p. 371.

114. Pfaltz A., Heinz T. Enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate over Pt/alumina: Systematic variation of the modifier structure // Topics in Catal. 1997. Vol. 4, p. 229.

115. Schiirch M., Heinz Т., Aeschimann R., Mallat Т., Pfaltz A., Baiker A. Design of new modifiers for the enantioselective hydrogenation of ethyl pyruvate // J. Catal. 1998. Vol. 173, p. 187.

116. Tsyurupa M.P., Davankov V.A. The study of macronet isoporous styrene polymers by gel permeation chromatography // J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1980. Vol. 18(4), p. 1399.

117. Davankov V.A., Tsyurupa M.P. Structure and properties of hypercrosslinked polystyrene // Reactive Polym. 1990. Vol. 13, p. 27.

118. Матвеева В.Г. Новые каталитические системы в реакциях селективного гидрирования и окисления кислородсодержащих органических соединений: Дис. доктора хим наук. М., 2001. - 381 с.

119. Коган Л.А. Количественная газовая хроматография. М.: Химия, 1975. - 18 с.

120. Langmuir I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids. Part i. Solids//J. Am. Chem. Soc. 1916. Vol. 38(11), p. 2221.

121. Brunauer S., Emmett P. H., Teller E. Adsorption of Gases in Multimolecular Layers // J. Am. Chem. Soc. 1938. Vol. 60(2), p. 309.

122. Lippens В. C., de Boer J. H. Studies on pore systems in catalysts : V. The t method//J. Catal. 1965. Vol. 4(3), p. 319.

123. Barrett E. P., Joyner L. G., Halenda P. H. The Determination of Pore Volume and Area Distributions in Porous Substances. I. Computations from Nitrogen Isotherms II. Am. Chem. Soc. 1951. Vol. 73(1), p. 373.

124. Анализ поверхности методами ОЖЕ- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха. М.: Мир 1987.

125. Wagner C.D. Studies of the charging of insulators in ESC A // J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1980. (18), p. 345.

126. Нефедов В.И. Рентгеновская спектроскопия химических соединений. Справочник. М.: Химия. 1984.

127. Мазалов Л.Н. Рентгеновские спектры и химическая связь. Новосибирск: Наука. 1982.

128. Нефедов В.И. Рентгенофотоэлектронная и фотоэлектронная спектроскопия. М.: Знание. 1983.

129. Нефедов В.И., Вовна В.И. Электронная структура химических соединений. М.: Наука. 1987.

130. Chornic В., Sopizet R., Le Gressus С. Deconvolution in electron spectroscopy revisited: computational aspects. J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 1987. (42), p. 329.

131. Coloma F., Sepulveda-Escribano A., Fierro J.L.G.; Rodriguez-Reinoso F. Preparation of Platinum Supported on Pregraphitized Carbon Blacks // Langmuir. 1994. Vol. 10(3), p. 750.

132. Labinger J.A., Herring A.M., Bercaw J.E. Selective hydroxylation of methyl groups by platinum salts in aqueous medium. Direct conversion of ethanol to ethylene glycol//J. Am. Chem. Soc. 1990. Vol. 112(14), p. 5628.

133. Shi M. Catalytic Oxidation of Tetrahydrofuran in the Presence of Transition Metal Complexes under Aerobic Conditions // J. Chem. Res. Synop. 1998. Vol. 9, p. 592.

134. К. Наканиси Инфракрасные спектры и строение органических соединений. / Пер.с англ. Н.Б. Куплетская, JI.M. Эпштейн. М.: Мир, 1965.

135. Bradley J.S., Hill E.W., Klein C, Chaudret В., Duteil A. Synthesis of Monodispersed Bimetallic Palladium-Copper Nanoscale Colloids // Chem. Mater. 1993. Vol. 5, p. 254.

136. Попова H.M., Сокольский Д.В., Соколова Л.А. Термодесорбция водорода с родиевых и палладий родиевых катализаторов на окиси алюминия // Кинетика и катализ. 1972. Vol. 13(6), р. 1548.

137. Слинько М.Г. Задачи кинетики гетерогенных каталитических реакций для моделирования химических реакторов // Кинетика и катализ. 1981. Vol. 22(1), р. 5.

138. Agnelli М., Swaan Н. М., Marquez-Alvarez С., Martin G.A., Mirodatos С. СО hydrogenation on a nickel catalyst. II. A mechanistic study by transient kinetics and infrared spectroscopy // J. Catal. 1998. Vol. 175(1), p. 117.

139. M. Zecca, R. Fisera, G. Palma, S. Lora, M. Hronec, M. Kralik. Activity enhancement by the support in the hydrogenation of C=C bonds over polymer-supported palladium catalysts // Chem. Eur. J. 2000. Vol. 6, p. 1980.

140. P. Meric, A. Finiels, P. Moreau. Kinetics of 2-methoxynaphtalene acetylation with acetic anhydride over dealuminated HY zeolites // J. Mol. Catal. A 2002. Vol. 189, p. 251.

141. W. Rachmady, M.A. Vannice. Acetic Acid Hydrogenation over supported Platinum Catalysts //J. Catal. 2000. Vol. 192, p. 322.

142. F. Zaera. Probing catalytic reactions at surfaces // Progress in Surf. Sci. 2001. Vol. 69, p. 1.