Газообразные отходы сталелитейной промышленности научились использовать для синтеза лекарств

Конвертерный газ, побочный продукт сталелитейной промышленности, обычно просто сжигают. Однако химики предложили использовать его в роли восстановителя (донора электронов) для получения лекарств. Эксперименты показали, что реакции с участием конвертерного газа протекали с эффективностью до 99%. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Chemical Science.

Один из основных способов производства стали — это кислородно-конвертерный процесс. В нем через расплавленный чугун продувают кислород, в результате чего, помимо стали, образуется конвертерный газ — основной побочный продукт сталелитейного производства. Ежегодно выбрасываются миллионы тонн этого газа. Поскольку он содержит токсичный угарный газ (CO), его обычно сжигают до углекислого (CO₂), который затем попадает в атмосферу и участвует в формировании парникового эффекта. Химики заметили, что CO является эффективным восстановителем в других химических процессах. Это значит, что при нынешнем способе утилизации конвертерного газа, по сути, происходит растрата огромного количества полезного реагента, который можно было бы применить в других областях. Однако сегодня не существует способа, который позволил бы использовать конвертерный газ из производства напрямую, без предварительной очистки.

Ученые из группы эффективного катализа Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва), Технического университета Остравы (Чехия) и Института катализа имени Лейбница (Германия) показали, что конвертерный газ можно применить для производства различных органических соединений, включая фармацевтические препараты. Исследователи использовали конвертерный газ для удаления атомов кислорода из нитросоединений, содержащих группу -NO₂, и карбоновых кислот, имеющих фрагмент -COOH, в результате чего образовывалась прочная амидная связь, подобная той, что соединяет аминокислоты в природных белках.

В частности, таким образом авторы получили парацетамол — известное жаропонижающее, которое входит в список важнейших лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения. При оптимальных условиях масса образовавшегося парацетамола составляла 99% от теоретически рассчитанной. При этом исследователи использовали легкодоступные катализаторы, а растворителем в реакции может быть вода, что упрощает процесс синтеза и делает его привлекательным для промышленной химии. Аналогично авторы получили 14 других важных органических соединений, например, гербицид пропанил и противогрибковый препарат бутенафин.

«Мы уже много лет работаем в области органического синтеза. И часто сталкиваемся с тем, что для проведения той или иной реакции необходимо использовать специально производимые для этих целей реагенты, например, комплексные гидриды. В этой работе мы показали, что даже в довольно сложных реакциях можно применять не только высокочистые специализированные реагенты, но и то, что в огромных количествах выбрасывает промышленность. Мы надеемся, что применение предложенного нами подхода позволит не только удешевить производство важных фармацевтических субстанций, но и в какой-то степени сместить фокус работы химиков на разработку как можно более простых систем, позволяющих эффективно синтезировать важные органические соединения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Олег Афанасьев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН.

Новая технология позволит снизить стоимость лекарственных препаратов, так как для их синтеза теперь можно использовать широкодоступный реагент. Кроме того, разработанный подход показывает возможность использования конвертерного газа вместо CO и в других процессах с его участием, например, в синтезе уксусной кислоты или мочевины, необходимой для получения удобрений.