Природный газ – один из самых распространенных энергоресурсов на планете, состоящий в основном из метана. Сегодня его преимущественно сжигают для получения тепла и электричества, что приводит к выбросам парниковых газов. Однако ученые давно ищут способы превратить этот простой углеводород в ценное химическое сырье. Главная сложность заключается в том, что метан чрезвычайно стабилен и неохотно вступает в реакции, что ограничивало его использование в промышленности.
Исследовательская группа из Центра исследований в области биологической химии и молекулярных материалов (CiQUS) в Испании разработала новый метод, позволяющий эффективно преобразовывать метан в универсальные химические «строительные блоки». Эти блоки могут служить основой для производства дорогостоящих продуктов, включая фармацевтические препараты. Статья, опубликованная в журнале «Science Advances», знаменует собой важный шаг к более устойчивой и замкнутой химической экономике.
В качестве демонстрации своего прорыва команда CiQUS впервые в истории синтезировала биологически активное соединение непосредственно из метана. Этим веществом стал диместрол – нестероидный эстроген, используемый в гормональной терапии. Создание такой сложной молекулы из простейшего газа подчеркивает огромный потенциал нового подхода, позволяющего превращать дешевое и доступное сырье в сложные и коммерчески важные химикаты.
В основе метода лежит реакция, известная как аллилирование. В ходе этого процесса к молекуле газа присоединяется небольшой химический фрагмент – аллильная группа, которая действует как «рукоятка». За эту «рукоятку» химики могут «ухватиться» на последующих этапах, чтобы превратить модифицированную молекулу в самые разные продукты – от ингредиентов для лекарств до промышленных химикатов. Для решения этой задачи ученые создали особый катализатор на основе железа, который активируется светом обычных светодиодов.
Ключевое преимущество нового катализатора – его способность точно контролировать высокоактивные частицы, образующиеся в ходе реакции. Он направляет их на создание нужного продукта, подавляя при этом нежелательные побочные процессы, которые снижали эффективность предыдущих методов. Помимо химической точности, разработка отличается и экологичностью. В ней используется железо – дешевый, распространенный и нетоксичный металл, в отличие от редких и драгоценных металлов, часто применяемых в катализе. Сама реакция протекает при умеренных температурах и давлении, что снижает энергозатраты и воздействие на окружающую среду.
Это открытие является частью более крупного исследовательского проекта, направленного на превращение компонентов природного газа в ценные химические вещества. Новая технология открывает путь к расширению промышленных возможностей и постепенному снижению зависимости от традиционного нефтехимического сырья, приближая нас к эпохе более разумного использования природных ресурсов.
