Был разработан новый комплекс железа в качестве катализатора окисления метана для селективного превращения его в метанол. Этот комплекс может эффективно окислять метан путем внутреннего улавливания метана, предотвращая при этом переокисление получаемого метанола. С помощью этого комплекса было успешно достигнуто прямое и селективное превращение метана в метанол в водном растворе.
Были проведены обширные исследования по окислению метана с получением метанола для производства полезных соединений, таких как формальдегид, диметиловый эфир и т.д. Однако метан является наиболее трудно окисляемым углеводородом, и до настоящего времени, насколько нам известно, не было разработано ни одного метода эффективного и селективного превращения метана в метанол в мягких условиях.
Вдохновленные структурой и механизмом реакции природных металлоферментов, которые окисляют метан, исследователи разработали моноядерный комплекс железа с гидрофобной средой вблизи активного железного центра. Используя этот комплекс железа в качестве катализатора и дешевого и безопасного окислителя, они осуществили прямое превращение метана в метанол с высокой эффективностью и селективностью.
В этой реакции окисление метана протекает в мягких условиях при температуре 50°C и давлении ~10 атм в водном растворе. Число каталитических оборотов превышает 500 за 3 часа, и метанол может быть получен с высокой селективностью - 83%. Достижение такой высокой эффективности и селективности обусловлено наличием гидрофобной среды вблизи железного центра, т.е. активного центра катализатора. Гидрофобная полость улавливает метан (гидрофобное вещество) и высвобождает образующийся метанол (гидрофильное вещество) в водный раствор, предотвращая при этом чрезмерное окисление метанола путем подавления его приближения к активному центру железа.
Ожидается, что такой механизм "улавливания и высвобождения" станет эффективной моделью, которая может быть применена для превращения метана в метанол, а также для эффективной химической конверсии различных гидрофобных органических соединений.
Эта работа была поддержана JST CREST (грант nos. JPMJCR16P1 и JPMJCR15P5) и по линии грантов в помощь (грант № 17H03027, 18K19089 и 21H01947) от Японского общества содействия науке (JSPS). K.Y. и Y.S. признают проекты MEXT Совместной исследовательской программы Сетевого объединенного исследовательского центра материалов и устройств, Интегрированного исследовательского консорциума по химическим наукам и инициативы Elements Strategy по созданию Основного исследовательского центра. H.F. также подтверждает финансирование от JST SPRING (грант № JPMJSP2124) и исследовательская стипендия для молодых ученых, предоставляемая JSPS (грант № 22J10804).
Комментарии