Kierownik projektu: dr hab. inż. Beata Zielińska, prof. ZUT
Konkurs: PRELUDIUM BIS 2
Przyznana kwota: 474 580 PLN
Współczesne reakcje w chemii organicznej wymagają bardzo aktywnych i selektywnych
katalizatorów, pozwalających otrzymać najbardziej pożądane produkty z wysoką selektywnością i przy
wysokiej konwersji substratów. Zmniejsza to koszty rozdziału mieszanin poreakcyjnych, a także obniża koszt
zagospodarowania niepożądanych produktów ubocznych zachodzącej reakcji. Poszukuje się więc nowych,
efektywnych katalizatorów dla wielu reakcji w chemii organicznej, modyfikuje się metody syntezy już
znanych katalizatorów, np. syntetycznych katalizatorów zeolitowych (głównie po to, aby zwiększyć ich
trwałość lub też po to, aby rozszerzyć ich zakres stosowania do reakcji z udziałem większych cząsteczek
organicznych) lub modyfikuje się powierzchnię materiałów porowatych w celu podwyższenia ich aktywności
(zwiększenie ilości centrów aktywnych katalizatora). Przykładem katalizatorów należących do pierwszej
grupy (czyli nowych katalizatorów) mogą być materiały należące do grupy MXenes. Badania nad tą grupą
materiałów 2D rozpoczęto po odkryciu grafenu, a pierwsze wzmianki o ich syntezie pojawiły się w 2011. Są
to materiały, które obecnie zwracają uwagę wielu naukowców ze względu na szeroki zakres ich możliwych
zastosowań. Materiały należące do grupy MXenes są obecnie szeroko badane pod kątem ich zastosowania w
roli materiałów konstrukcyjnych do elektrod w kondensatorach elektrochemicznych i w bateriach. Ponadto
materiały te znajdują również zastosowania jako katalizatory w elektrolizie i w fotokatalizie. Jednak w
konwencjonalnej katalizie heterogenicznej stosowanej w chemii organicznej MXen es nie są prawie wcale
badane, a na pewno nie były badane jako katalizatory w procesach izomeryzacji lub utleniania związków
olefinowych, takich jak np. -pinen.
Głównym celem tego projektu jest otrzymanie efektywnych i trwałych katalizatorów bazujących na
Ti3C2Tx MXenes dla reakcji izomeryzacji -pinenu po to, aby z jak najwyższą selektywnością otrzymywać
trzy najbardziej cenne produkty tej reakcji: kamfen, limonen i tricyklen (związki znajdujące liczne
zastosowania w kosmetyce, w medycynie, w przemyśle perfumeryjnym, w przemyśle spożywczym i w
syntezach chemicznych). W swoich badaniach będziemy chcieli określić jak morfologia, struktura i budowa
powierzchni tych materiałów wpływa na ich aktywność katalityczną oraz ich selektywne działanie w kierunku
tworzenia najbardziej pożądanych produktów. Nasze badania wstępne wskazują na to, że Ti3C2Tx MXenes
wykazują bardzo wysoką aktywność (wyższą niż np. silikaty tytanowe) w procesie izomeryzacji -pinenu.
Badania te pokazują, że możliwe jest osiągnięcie z ich udziałem selektywności przemiany do kamfenu
sięgającej 60 %mol i konwersji -pinenu 100 %mol po czasie reakcji wynoszącym 4 h. Tak dobre wyniki
badań katalitycznych Ti3C2Tx MXenes wskazują na celowość dalszych badań katalitycznych tych materiałów
w opisywanej przez nas reakcji. Należy podkreślić, że sposób prowadzenia przez nas reakcji izomeryzacji -
pinenu będzie przyjazny dla środowiska naturalnego (brak rozpuszczalnika w reakcji, niska temperatura,
ciśnienie atmosferyczne, aparatura szklana) i będzie spełniał wymogi zrównoważonego rozwoju w reakcjach
chemicznych, gdyż -pinen można pozyskiwać w dużych ilościach z surowca odnawialnego jakim jest
terpentyna. Samą reakcję izomeryzacji -pinenu można zakwalifikować więc do „zielonych reakcji”.
