Химики ТГУ нашли катализатор для экологичного получения молочной кислоты

Молочная кислота находит применение в пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности, косметологии, производстве биоразлагаемых полимеров. Это один из наиболее ценных продуктов, получаемых из глицерина, который, в свою очередь, является побочным продуктом при производстве биотоплива. По оценкам специалистов, к 2025 году мировой выпуск биотоплива должно достичь 23,6 млрд литров. В связи с такими объемами стоимость глицерина падает с каждым годом. Однако пока производство молочной кислоты из глицерина в мировой промышленности не освоено. Ученые Томского государственного университета нашли способ реализации этого химического процесса.

В настоящее время молочную кислоту в промышленности получают двумя основными способами: химическим – из ацетальдегида через лактонитрил и ферментативным – из углеводов. Химический путь довольно дорог и неэкологичен. Ферментативный способ более привлекателен, но он также имеет ряд недостатков: длительное время реакции, относительно высокая стоимость субстратов, низкие концентрации и образование побочных продуктов, что приводит к трудностям при выделении и очистке продукта.

Поэтому растущий исследовательский интерес сосредоточен на разработке экологически чистого процесса получения молочной кислоты из широкодоступного глицерина. Это каскадный процесс из нескольких последовательных стадий, для реализации которых требуются разные типы катализаторов. Кроме того, благодаря наличию трех гидроксильных групп в молекуле глицерина его селективное окисление и дальнейшее превращение промежуточных веществ в молочную кислоту осложняется большим количеством побочных реакций.

– Так же, как у нас в организме, молекула одного вещества, чтобы превратиться в другое – с высокой селективностью, проходит путь взаимодействия с несколькими каталитическими центрами. Мы установили, что можно создать внутри каталитической системы определенные центры, чтобы реализовалась не одна, а целая совокупность реакций, одна за другой. На данный момент итоги нашего исследования можно рассматривать как первоначальную идею для фундаментального подхода по созданию природоподобных катализаторов, – поясняет доктор химических наук, профессор, заведующая кафедрой физической и коллоидной химии ХФ ТГУ Ольга Водянкина.

Как говорит одна из главных авторов статьи, кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории каталитических исследований ХФ ТГУ Виктория Торбина, понимание механизмов протекающих процессов, а также широкие возможности варьирования структуры металлорганических координационных полимеров позволили «построить» подходящие материалы с заданными каталитическими свойствами для минимизации побочных реакций.

– Эти гибридные системы впервые были синтезированы и всесторонне исследованы. Помимо очевидной практической значимости, наша работа имеет глубокую фундаментальную ценность ввиду расширения понимания связи «структура – свойство» в области каталитической химии, – добавляет Виктория Торбина.

Работа выполнена в рамках проекта «Новые катализаторы и каталитические процессы для решения задач экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики, в том числе процессы переработки биовозобновляемого сырья и процессы обезвреживания выбросов химических производств и энергетики», поддержанного грантом РНФ № 19-73-30026П по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными.

Результаты исследования опубликованы в одном из самых престижных научных журналов в области катализа – Applied Catalysis A: General (Q1).

– В журналах такого уровня, если идея не нова, опубликоваться сложно. Кроме того, редакторы охотнее принимают те статьи, где описанные исследования имеют перспективу практического применения в будущем. То, что нам периодически удается попасть в такие высокоцитируемые издания, говорит о том, что мы справляемся и прогрессируем с развитием новых подходов в области катализа. За последние пять лет у нас вышло 60 статей, из них более 35 – в журналах квартиля Q1, – резюмирует Ольга Водянкина.

Источник: Новости ТГУ