Un chimiste de l'Université RUDN a mis au point une méthode écologiquement sûre pour obtenir du cinnamaldéhyde, un composé ayant une activité antibactérienne et anticancéreuse. Le scientifique a utilisé des catalyseurs à base de nanoparticules de fer et de palladium pour éviter la formation de sous-produits nocifs pour l'environnement. Cette démarche éco-responsable peut être étendue à d'autres composés organiques de la classe des aldéhydes importants pour la médecine, agriculture, et l'industrie alimentaire. L'article est publié dans la revue Catalyse moléculaire .

Les méthodes traditionnelles d'oxydation des alcools en aldéhydes et cétones utilisant du chrome et du manganèse conduisent à la formation d'un grand nombre de sous-produits nocifs qui doivent être éliminés séparément. Pour éviter cela, on peut utiliser des oxydants sélectifs doux - par exemple, peroxyde d'hydrogène. Cependant, cette réaction nécessite une catalyse; sans ça, le rendement du produit ne dépasse pas 10 pour cent. Mais les catalyseurs existants, comme le phosphate d'argent, composés du platine et du palladium, sont également toxiques ou coûteux. Par conséquent, la tâche de trouver un bon marché, catalyseur efficace et respectueux de l'environnement pour la production industrielle de cinnamaldéhyde reste pertinent.

Les chimistes qui créent des catalyseurs peuvent résoudre plusieurs problèmes. Premièrement, il est nécessaire d'atteindre un rendement élevé, C'est, le catalyseur doit faciliter la réaction de la plus grande proportion de réactifs incorporés dans le mélange initial. Deuxièmement, le catalyseur doit être très sélectif, ce qui signifie que la proportion de sous-produits indésirables doit être minimale. Troisièmement, le catalyseur doit être sans danger pour l'environnement. Tous ces problèmes sont pertinents pour les réactions d'oxydation des alcools, qui entraînent la formation d'aldéhydes et de cétones, composés importants pour la synthèse organique, Médicament, l'industrie de la parfumerie ou l'agriculture.

L'équipe de recherche dirigée par le chimiste de l'Université RUDN Rafael Luque a proposé un catalyseur efficace et respectueux de l'environnement pour la synthèse du cinnamaldéhyde. Ce composé aromatique a une activité antibactérienne et anticancérigène et est largement utilisé dans l'industrie alimentaire et de la parfumerie comme agent aromatisant, et en agriculture comme fongicide. L'un des principaux moyens de l'obtenir est l'oxydation de l'alcool cinnamylique.

Luque a proposé d'utiliser des catalyseurs à base de nanoparticules de fer et de palladium obtenues par la méthode mécanochimique. Ces nanoparticules catalysent l'oxydation sélective de l'alcool cinnamylique par le peroxyde d'hydrogène sous irradiation micro-ondes. À la fois, ils sont sans danger pour l'environnement et relativement bon marché.

Cependant, pour que le fer et le palladium agissent comme catalyseurs, ils doivent être appliqués sur une surface poreuse adaptée :sa structure et ses propriétés chimiques déterminent également l'efficacité de l'ensemble du système catalytique. En tant que telles matrices, les chimistes ont utilisé plusieurs types de substrats poreux de silicate et d'aluminosilicate, qui interagissent différemment avec l'oxygène et conduisent donc à la formation de produits différents.

Pour évaluer l'efficacité du catalyseur, les chimistes ont mesuré le degré de conversion, C'est, la proportion d'alcool converti en aldéhyde. Pour tester la sélectivité des catalyseurs, les scientifiques ont mesuré le rapport entre le cinnamaldéhyde et un sous-produit indésirable, le benzaldéhyde, dans le mélange final. Le catalyseur le plus efficace était un système de nanoparticules de fer sur une matrice de zéolithe d'aluminosilicate. Le taux de conversion était supérieur à 80 %, supérieur à celui des catalyseurs au palladium et de la solution de sels de fer.

Dans ce cas, le catalyseur de nanoparticules de palladium sur un substrat de silicate magnétique a dépassé la sélectivité de toutes les autres options. Après avoir utilisé ce catalyseur, la proportion de cinnamaldéhyde dans le mélange final dépassait 60 pour cent.

Pour comprendre pourquoi les catalyseurs à base de fer sont plus efficaces et les catalyseurs à base de palladium sont plus sélectifs, les auteurs ont étudié le mécanisme sous-jacent. Ils ont découvert que l'oxydation de l'alcool cinnamylique formait un produit intermédiaire avec un groupe époxy, -à cause de ça, des catalyseurs plus performants accélèrent simultanément la réaction d'oxydation avec la destruction de la chaîne carbonée et la formation de molécules plus courtes de benzaldéhyde, ce qui réduit la sélectivité.

Malgré le fait que la haute efficacité des systèmes catalytiques étudiés soit associée à une diminution de la sélectivité, Les catalyseurs constitués de nanoparticules de fer sur des matrices de zéolite ont les deux indicateurs suffisamment élevés pour une utilisation potentielle dans la production industrielle. Les auteurs pensent qu'en raison de l'activité élevée de ces catalyseurs, principalement à base de nanoparticules de fer, ils peuvent être utilisés pour oxyder non seulement l'alcool cinnamylique, mais également d'autres composés ayant une structure chimique similaire.