Химические вещества, используемые для изготовления потребительских товаров, имеют в качестве базового сырья преимущественно нефть, запасы которой небезграничны. В настоящее время исследователи многих стран занимаются разработкой технологий получения материалов из растительного сырья. Вместе с тем многие реакции синтеза широко распространенных химических соединений из растений до сих пор досконально не изучены, что сдерживает их коммерциализацию.

Международный консорциум ученых провел серию экспериментов по исследованию взаимодействия между частицами золота и палладия при их совместном использовании в качестве катализатора. Ими был выявлен электрохимический механизм их взаимного влияния, приводящий к изменению их повеления и в конечном счете ускоряющий ход химических процессов.

Новизна их работы в следующем: любая реакция включает в себя окисление и восстановление. В обычных процессах они протекают на одной и той же каталитической частице. В созданном учеными катализаторе окисление и восстановление были разделены, повысив степень выхода готового продукта.

Фактически они разработали миниатюрный электрохимический реактор, нарастив его каталитическую способность и тем самым увеличив число молекул, вступающих в реакцию в единицу времени. Как оказалось, это связано с циклическим переходом палладия из металлического состояния в растворенное и наоборот, становящимся частью самой реакции.

В качестве объекта для опытов был выбран пропиленгликоль, применяемый в промышленных масштабах для выпуска антифризов и полиэтиленовых пленок. С помощью созданного катализатора его выход вырос на 70%.

Следовательно, внедрение золото-палладиевых катализаторов позволит существенно сократить энергоемкость синтеза химических веществ и улучшить их экономическую эффективность. Для полиэтиленгликоля оно означает скачок его производства - судя по открытым данным, в 2030 году его выпуск в мире может достигнуть 6,1 млн тонн, зато с помощью золото-палладиевых катализаторов он может подняться, минимум, до 6,5 млн тонн

Новый прекатализатор на основе палладия, сочетающий исключительную стабильность с высокой каталитической эффективностью, разработан японскими учеными. Прекатализатор представляет собой химическое соединение, само по себе не действующее как катализатор, но служащее исходным веществом для формирования каталитических частиц в ходе реакции: при его добавлении в реакционную смесь, происходит его превращение в активную форму, запускающую нужный процесс.

Палладиевые катализаторы играют центральную роль в синтезе фармацевтических препаратов, базирующемся на реакциях кросс-сочетания, - с их помощью образуются связи «углерод-углерод» между различными химическими соединениями, позволяя в итоге достичь нужного лечебного воздействия от медикамента. Используемые для этого традиционные катализаторы часто неустойчивы на воздухе и могут вызывать нежелательные побочные реакции.

Поэтому путем точного контроля молекулярной структуры был создан биарильный прекатализатор, включающий в себя хелатирующий лиганд и электронодефицитную арильную группу для достижения долговременной стабильности и контролируемой активации. Как следствие, он сохраняет устойчивость на воздухе и в твердом, и в растворенном состояниях, при нагревании в присутствии фосфиновых лигандов он генерирует каталитически активные частицы палладия без побочных реакций, обеспечивая тем самым синтез чистых веществ.

В долгосрочном плане коммерциализация нового прекатализатора может вызвать синергетический эффект - она позволит упростить и удешевить разработку и выпуск медицинских препаратов и одновременно усилит спрос на палладий: доля фармацевтики в структуре мирового потребления данного драгоценного металла может расшириться с 5% до 11%, благоприятно сказавшись на доходах ключевых его производителей.