Разработка научных основ металлокомплексного гидроалкоксикарбонилирования С₄-С₁₀ олефинов нефтепереработки

Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан

ИРН: AP09058656

Актуальность проекта: Проблема рационального использования крупнотоннажного побочного продукта нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) – С₄-С₁₀ олефинов технологических газов – весьма актуальна и имеет большую практическую значимость.
В Проекте предлагается разработка научных основ синтеза практически ценных сложных эфиров карбоновых кислот, карбонилированием С₄-С₁₀ олефинов технологических газов НПЗ моноксидом углерода и спиртами в присутствии металлокомплексных катализаторов при низком давлении моноксида углерода.

Цель проекта: Разработать научные основы металлокомплексного гидроалкоксикарбонилирования С₄-С₁₀ олефинов нефтепереработки используемых для синтеза практически ценных сложных эфиров карбоновых кислот – биологически активные лекарственные средства, душистые вещества, растворители и др.

Задачи проекта:

Задача I. Разработка высокоэффективных каталитических систем на основе комплексов переходных металлов с фосфорорганическими лигандами и различных стабилизаторов и промоторов для реакции гидроалкоксикарбонилирования С₄-С₁₀ олефинов в мягких условиях проведения процесса (давление СО не выше 2,0 МПа, температура не выше 100 °С).

Задача II. Определение оптимальных параметров проведения реакции гидроалкоксикарбонилирования С₄-С₁₀ олефинов при низких давлениях моноксида углерода (≤ 2,0 МПа) в присутствии разработанных эффективных каталитических систем на основе комплексов переходных металлов с фосфорорганическими лигандами и различных стабилизаторов и промоторов. Исследование кинетики и механизма протекания изучаемой реакции.

Задача III. Возможности повторного использования металлокомплексных катализаторов реакции гидроалкоксикарбонилирования олефинов и методы их регенерации для удешевления процесса.

Задача IV. Разработать типовые лабораторно-технологические регламенты получения практически ценных сложных эфиров карбоновых кислот из олефинов технологических газов нефтепереработки.

Основные члены проекта:

Научный руководитель проекта – Кудайбергенов Нурболат Жарылкасынулы(https://orcid.org/0000-0002-4641-6779), доктор философии (PhD) по химии. Индекс Хирша (h-index) Кудайбергенова Н.Ж. согласно базе данных составляет 3 (Web of Science/Scopus).
Жаксылыкова Гулбану Жаксылыковна (https://orcid.org/0000-0003-2390-0688), кандидат химических наук. Индекс Хирша 2 (Web of Science и Scopus).
Канапиева Фатима Мухидиновна (https://orcid.org/0000-0002-9829-3117), кандидат химических наук. Ф.М. Канапиева имеет h-индекс 1 (Web of Science и Scopus).
Зыкай Меруерт Халыккызы (https://orcid.org/0000-0002-4853-9983), кандидат химических наук.
Пьетробон Лука. В настоящее время является PhD-докторантом Венецианского университета Ка Фоскари (Италия, Венеция). Индекс Хирша Пьетробон Лука согласно базы данных Web of Science/Scopus, составляет 4.
Мейрбеков Нурканат Аязбайулы (https://orcid.org/0000-0001-6440-3544),магистр техники и технологии. PhD-докторант 1-курса по специальности «Химия» КазНУ им. аль-Фараби

Мамырхан Диана Батырханкызы, магистрант 1-го курса по специальности «Нефтехимия» КазНУ им. аль-Фараби 

Используемые методы:

Для определения характеристики синтезированных образцов используется методы ИК- и ЯМР- спектроскопии, а также морфология веществ будет исследована с применением просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии (SEM).

Ожидаемые результаты:

-   Будут опубликованы 2 статьи в международных рецензируемых журналах из первых трех квартилей (Q1, Q2, Q3) базы данных Web of Science.

-  Будут опубликованы 3 статьи в журналах, рекомендованных Комитетом по обеспечению качества в сфере образования и науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (КОКСОН)

-  Будет издано одно учебное пособие в издательстве «Қазақ университеті»

- Будет получен один охранный документ в виде Патента РК

Достигнутые результаты:

За 2021 год:

- Исследованы влияния природы металлов-комплексобразователей на каталитическую активность МКФЛ в реакции гидроалкоксикарбонилирования С4-С10-олефинов.

- Исследованы влияния состава координационной сферы МКФЛ на селективность и каталитическую активность последних в реакции гидроалкоксикарбонилирования С4-С10-олефинов.

- Исследованы влияние природы стабилизаторов (фосфиновые лиганды, протонные кислоты, азотистые основания и др.) на стабильность, селективность и активность каталитических систем на основе МКФЛ.

- Исследованы влияние природы промоторов (лигандообразующие агенты, галогениды металлов IV группы периодической системы, кислоты Бренстеда и Льюиса) на активность и селективность каталитических систем на основе МКФЛ.

За 2022 год:

- Исследованы влияние природы исходных реагентов (α-олефины, спирты) на ход протекания реакции гидроэтерификации С4-С10-олефинов при низких давлениях моноксида углерода.

- Исследованы влияние газовой среды (моноксид углерода + инертные газы) на ход протекания реакции гидроэтерификации С4-С10-олефинов при низких давлениях моноксида углерода.

- Исследованы влияния условий проведения изучаемой реакции (соотношение исходных реагентов и катализатора, температура, давление СО, продолжительность) на ход протекания процесса и выход целевых продуктов. 

ПУБЛИКАЦИИ ПО ПРОЕКТУ

Статьи в журналах Комитета по обеспечению качества в сфере образования и науки Министерства образования науки Республики Казахстан:

1. Kudaibergenov, N.Zh., Shalmagambetov, K.M., Vavasori, A., Zhaksylykova, G.Zh., Kanapiyeva, F.M., Almatkyzy, P., Mamyrkhan, D.B., & Bulybayev, M. (2021) The use of Lewis acid AlCl₃ as a promoter in the Pd-complex catalytic system of the cyclohexene hydroethoxycarbonylation reaction. Bulletin of the University of Karaganda – Chemistry, 102(2), 8-17.
https://doi.org/10.31489/2021Ch2/8-17.  (КОКСОН)

2. Shalmagambetov K.M., Zhaksylykova G.Zh., Kanapiyeva F.M., Kudaibergenov N.Zh., Abyzbekova G.M. Ethoxycarbonylation of pentene-1 in the presence of PdCl2(PPh3)2-PPh3-AlCl3 system. Chem. J. Kaz., 2022, 3(79), 110-119. DOI:https://doi.org/10.51580/2022-3/2710-1185.84 (КОКСОН)

Статьи в международных журналах:

Тезисы материалы конференций (ФИО докладчика подчеркнуто):

1. Kairzhan Shalmagambetov, Nurbolat Kudaibergenov, Gulbanu Zhaksylykova, Perizat Almatkyzy, Diana Mamyrkhan, Marat Bulybayev and Arkhat Esenov, Carbonylation of olefins by carbon monoxide and alcohols in the presence of Pd-complex catalytic system. MATEC Web of Conferences 340, 01023 (2021), Р 6, 08 July 2021, https://doi.org/10.1051/matecconf/202134001023.

Потенциальным пользователям проекта: Полученные в ходе реализации проекта результаты могут найти применение для получения практически ценных душистых веществ и лекарственных препаратов на основе сложных эфиров карбоновых кислот из доступного сырья (С₄-С₁₀ олефины, моноксид углерода). На основе полученных результатов можно будет осуществить коммерциализацию в виде мини-производства душистых веществ и лекарственных препаратов.