Введение к работе
Актуальность проблемы и . Возрастающие потребности в продукции химкко-фармацезтическсй и пищевой промышленности требуют создания новых технологий синтеза биологи-чеки активных соединений (БАС), обоснованных физико-химическими исследованиями. В основе ряда существующих в настоящее время методов получения БАС лежат реакции окисления моносахаридов. Так, з частности, основным полупродуктом производства аскорбиновой кислоты (витамина С) служит 2-кето-Ь-гулсновая кислота, образующаяся при окисления L-сорбозы.
До недавнего времени классическим способом получения Еитами-ка С являлся метод Рейхштейна, который включает в себя стадии защиты гидроксильных групп L-сорбозы и последующее снятие блокировки. Из-за использования олеума и ацетона этот метод неэкологичен, а потери целевого продукта при проведении процесса по этому пути достаточно велики, что и обусловливает важность решения вопроса прямого окисления ;-сорбозы. Е настоящее время известно несколько способов прямого окисления L-сербсзы до 2-кето-Ь-гулснсвсй кислоты: химический, биотехпологичеекпй, электрохимический и каталитический. Последний является наиболее актуальным, так как позволяет одновременно решить как технологические, так и экологические проблемы. Кроме того, задача ускорения химических реакций при од-нопглзмбнном обеспечении селективности действия каталитических систем является современной и стимулирует создание новых катализаторов. Однако литературные данные по прямому каталитическому окислению L-сорбсзы не содержат систематических кинетических исследований, что, по-видимому, связано с лабильным характером данного соединения и трудностью анализа реакционной массы. Сведения о механизме зтей реакции и принципах подбора каталитических систем носят разноречивый характер.
Многогранность свойств полимеркммобилизозакнкх кластерных и наноразмерных частиц, обнаруженных з последнее десятилетие, дает еозмокнозть использовать их в качестве катализаторов для прямого окисления L-сорбозы до 2-ке".'0-Ь-гулонсвсіі кислоты. Однако успешное применение данных каталитических систем возможно лишь в случае их систематических исследований, включающих подбор селектив-нодействуюшей каталитической системы, изучение кинетики и механизма реакции с ее участием, конструирование кинетической модели реакции.
Целы: данной работы является создание стабильного селектиз-недействующего полимериммобилизованкого металлокомплексного катализатора (на основе сзерхсілитого полистирола), использование которого поззоляет осуществлять прямое окисление L-сорбозы (Bt) до 2-кето-Ь-гулонсвой кислоты (В2) молекулярным кислородом с высоким выходом целевого продукта.
Для достижения поставленной цели в диссертационном исследовании решались следующие задачи:
изучение кинетических закономерностей окисления L-сорбозы;
физико-химические исследования субстрата и каталитических систем;
конструирование кинетических моделей, адекватно описывающих экспериментальные данные;
формулирование гипотезы о механизме реакции..
Научная новизна п практическая значимость работы. Впервые созданы каталитические системы на основе полимериммобилизованнкх кластерных и наноразмерных частиц, использование которых позволило эффективно и селектизно осуществить процесс прямого окисления L-сорбозы до 2-кето-Ь-гул>новой кислоты. Для этих целей использовался сверхсыитый полистирол (СПС), предоставленный ИНЭОС РАН (г.Москва) и созданные нами платиновые контакты, нанесенные на А120з и СПС. Это позволило достичь высоких выходов 2-KeTO-L-ryjio-новсй кислоты при 100%-ной конверсии L-сорбозы.
Осуществление экспериментальное изучение новых металлополи-керных гетерогенных катализаторов на основе сверешитого полистирола: cnc-Pt-ТГФ (получен сорбцией HgPtci6 из тетрагидрсфурана на СПС), СПС-Pt-Met (получек сорбцией H2PtCl6 из метанола на СПС) -и традиционного Pt/Al203. В результате доказана эффективность созданных каталитических систем (селективность окисления L-оорбо-зы состазила на СПС-Р1-ТГФ - 98%, СПС-Pt-Met - 95%, Pt/Al203 -75%), их высокая стабильность и подобраны оптимальные условия проведения реакции окисления.
С помощью физико-химических методов исследования получены новые данные о характере взаимодействия Pt с полимерной матрицей, субстратом и растворителем, о протекании реакции окисления. Изучены кинетика и некоторые аспекты механизма окисления L-сорбозы на предложенных каталитических системах.
На основе установленных закономерностей протекания процессов
зпервые предложены кинетические модели окисления L-сорбозы, удовлетворительно описывающие эксперимент.
Разработаны лабораторные технологические регламенты по окислению L-сорбозы на предложенных контактах. Результаты переданы з ОАО "Белгородвктамины", где проведены опытнс-промьыленнке испытания. Подана заявка на патент "Способ получения 2-кето-Ь-гулоновой кислоты окислением сорбозы".
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях к конгрессах: 5-й Международной конференции "Наукоемкие химические технологии" (Ярославль 1998 г), XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1998 г), XII Международной конференции по химическим технологиям (Москва 1998 г), III Международной технической конференции "Пища. Экология. Человек" (Москва, 1999г), П Международной конференции "Производство, технология, экология, образование в технических университетах" (Москва, 1999 г), VI Международной конференции "Наукоемкие химические технологии" (Москва, 1393 г).
Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глаз, выводов, приложения и списка литературы. Основной текст изложен на 15Є страницах, включая 40 рисунков, 22 таблицы, приложение. Список использованных источников содержит 179 найменований.
