Отходы древесины превращают в ценные химикаты с помощью нового катализатора

Международная исследовательская группа из Института катализа имени Лейбница (LIKAT) разработала новый экологичный процесс для получения высококачественных амидов из растительного вещества лигнина. Эти соединения являются важными строительными блоками для фармацевтики, агрохимикатов и современных материалов. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

От побочного продукта к ценному ресурсу

Лигнин в больших количествах образуется при производстве бумаги, целлюлозы и биоэтанола. Это второй по распространённости биополимер на Земле после целлюлозы, который до сих пор использовался недостаточно. В сотрудничестве с учёными из нескольких китайских университетов команда под руководством профессоров Джагадиша Радженахалли и Маттиаса Беллера продемонстрировала, как этот сложный растительный материал можно эффективно использовать.

«Вместо того чтобы сжигать лигнин, мы можем преобразовать его в ценные химические продукты», — объясняет доктор Чжуан Ма, один из ведущих авторов исследования. «Наш процесс не требует токсичных реагентов и протекает в мягких условиях», — добавляет профессор Синьминь Ли, соруководитель работы.

Катализаторы на одиночных атомах делают это возможным

В основе инновации лежит катализатор, в котором атомы кобальта индивидуально закреплены в углеродной матрице. Эти так называемые катализаторы на одиночных атомах чрезвычайно активны и обеспечивают точное, селективное превращение лигнина. Процесс состоит из двух этапов, которые можно проводить непосредственно в реакционном сосуде: сначала лигнин расщепляется на карбоновые кислоты с помощью кислорода. Затем они реагируют с аммиаком или аминами с образованием ароматических амидов. Таким образом получаются продукты, которые в настоящее время всё ещё в основном получают из ископаемого сырья в сложном процессе.

Высокая эффективность — даже с реальной древесиной

Команде удалось получить универсальные ароматические амиды даже из обычных сосновых щепок — с выходом, близким к теоретически максимальным значениям. Кроме того, катализатор можно использовать повторно до шести раз без потери активности.

«Наше исследование закладывает основу для действительно возобновляемого производства важных химических строительных блоков. Это важный шаг на пути к устойчивой циркулярной химии», — говорит профессор Радженахалли.