Prof. Bartosz Trzaskowski i dr Juan Pablo Martinez z Centrum Nowych Technologii UW uczestniczyli w stworzeniu nowej klasy katalizatorów rutenowych, istotnych dla etenolizy – jednego z najbardziej wydajnych procesów, za pomocą których z olei roślinnych można uzyskać związki generowane w przetwórstwie ropy naftowej. Badania z udziałem naukowców z UW zostały opublikowane w czasopiśmie „Journal of the American Chemical Society”.

Kataliza chemiczna to zjawisko przyspieszenia reakcji chemicznej. Polega na dodaniu do układu niewielkiej ilości substancji (katalizatora), która nie ulega trwałym przekształceniom, lecz tworzy z innymi substratami związki lub kompleksy przejściowe. Reakcje kataliczne są preferowanymi rozwiązaniami stosowanymi w przyjaznej dla środowiska zielonej chemii – zmniejszają ilość odpadów, oszczędzając czas i energię.

Współcześnie produkcja większości ważnych substancji chemicznych w dużej skali odbywa się za pomocą reakcji katalitycznych.

– Z chemicznego punktu widzenia kataliza polega na zmianie ścieżki kinetycznej reakcji poprzez obniżenie energii jej aktywacji i utworzenie innych w stosunku do reakcji prowadzonej na sposób niekatalityczny kompleksów przejściowych. W efekcie przyspieszeniu ulega zarówno reakcja prowadząca do produktu, jak i ta biegnąca w kierunku przeciwnym, prowadząca do odtworzenia substratów – mówi prof. Bartosz Trzaskowski z Centrum Nowych Technologii UW, który wraz z dr. Juanem Pablem Martinezem z tej samej jednostki jest współautorem publikacji w czasopiśmie naukowym „Journal of the American Chemical Society”.

Naukowcy zaznaczają, że w większości przypadków mechanizm katalizowanej reakcji jest skomplikowany, a sama kataliza jest procesem wieloetapowym. Każda reakcja chemiczna wymaga użycia unikatowego katalizatora. W badaniach uczeni dążą do otrzymania jak najbardziej stabilnej substancji, zdolnej do możliwie najdłuższego katalizowania wybranej reakcji.

– Najważniejszym parametrem charakteryzującym katalizator jest liczba obrotów, zwanych też cyklami katalitycznymi, czyli liczba cząsteczek substratu, która zostaje przekształcona przez katalizator w produkt, zanim ten ulegnie dezaktywacji. Im ta liczba jest większa, tym katalizator jest wydajniejszy – tłumaczy prof. Trzaskowski.

Nowa zielona technologia

Realizujący ten projekt naukowcy chcieli przede wszystkim opracować nowe, wydajne katalizatory etenolizy, czyli procesu chemicznego, w którym wewnętrzne olefiny (związki z co najmniej jednym podwójnym wiązaniem C=C) są degradowane przy użyciu etylenu jako odczynnika. Reakcja ta jest szczególnym przypadkiem metatezy – w 2005 roku podczas wręczania Nagrody Nobla Królewska Akademia Nauk (Royal Academy of Sciences) nazwała ją „nową zieloną technologią”. Jest ona podstawową strategią syntezy wiązania pomiędzy atomami węgla. Zdolność tej metody do wybiórczego zastępowania atomów między dwiema cząsteczkami pozwala na syntezę układów chemicznych o pożądanych właściwościach.

Etenoliza jest jednym z najbardziej wydajnych procesów, za pomocą których z olei roślinnych można otrzymać związki uzyskiwane zwyczajowo w przetwórstwie ropy naftowej. Są one niezbędne do syntezy wybranych paliw, smarów, parafin czy surfaktantów.

Jak podkreślają badacze, nowa klasa katalizatorów rutenowych, zaprojektowana i zsyntetyzowana we współpracy z prof. Bartoszem Trzaskowskim i dr. Juanem Pablo Martinezem, wykazała znakomite właściwości w kontekście katalizowania reakcji etenolizy.

– W modelowych reakcjach etenolizy związki te przy bardzo niskich stężeniach – ponad milion razy niższych od stężenia substratów – wykazywały powyżej 2,5 mln. To kilkukrotnie więcej w porównaniu do dotychczas znanych katalizatorów etenolizy. W konkretnych zastosowaniach, tzn. w etenolizie estrów metylowych otrzymanych z oleju słonecznikowego oraz rzepakowego, które są tanie i dostępne w skali przemysłowej, przy podobnie niskich stężeniach katalizatora uzyskano imponującą liczbę obrotów wynoszącą około miliona – wyjaśnia dr Juan Pablo Martinez.